Download Tesina – Aguilar Sanchez, Alexis

Ilustraciones de portada, contraportada y página actual:
Proyecto no realizado de una urbanización en Alcudia, Mallorca, 1994. Alejandro de la Sota.
Máster oficial: “Arquitectura, Energia i Medi Ambient”
Universitat Politècnica de Catalunya.
Curso: 2009/2010
Título de la tesina: Modelando lo intangible.
Forma y estética como resultado del control de la radiación y de la ventilación natural
en la arquitectura mediterránea.
Autor: Alexis Aguilar Sánchez
Director: Rafael Serra Florensa
Lugar y Fecha: Barcelona, 07 de Septiembre de 2010
1
Índice:
1.
Introducción
4
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Motivación
Planteo de la cuestión
Objetivos
Metodología
Estructura del trabajo
4
4
5
5
5
2.
La especificidad del clima mediterráneo litoral
6
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
Clasificación climática y distribución geográfica
6
Temperatura: frío en invierno, calor en verano, primavera y otoño variables 11
Temperatura: baja oscilación térmica diaria a lo largo de todo el año
14
Humedad relativa: alta pese a las variaciones estacionales y diarias
15
Radiación: medias anuales y variabilidad según las orientaciones
18
Vientos: movimientos de aire a escala planetaria y brisas marinas
21
3.
Clima mediterráneo litoral y estrategias bioclimáticas
26
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
El clima del exterior trasladado a los espacios interiores
Gráficos y estrategias bioclimáticas
Proyectar con el aire y la radiación en verano
Proyectar con el aire y la radiación en invierno
Épocas intermedias: variabilidad de las estrategias
26
27
31
32
32
4.
Radiación solar: compatibilizar la protección en verano y
la captación en invierno
33
4.1. Forma y exposición solar en invierno y verano
4.1.1. La diferente exposición de la forma según la estación
4.1.2. Comprobación sobre la forma cúbica con Heliodon
4.1.3. Definición teórica de la forma óptima según Olgyay
4.1.4. Comprobación de la forma óptima con Heliodon
4.2. La fachada sur
4.2.1. Elementos horizontales de protección
4.2.2. Rugosidad de la fachada
4.3. Las fachadas este y oeste
4.3.1. La elección entre protecciones horizontales o verticales
4.3.2. Corrección del entorno con barreras sólidas o vegetales
4.3.3. Espacios de sombra: patios, umbráculos, pérgolas
4.4. La cubierta
4.4.1. Inclinaciones y repercusión en la captación solar
4.4.2. Cubiertas protectoras
33
38
45
51
2
4.5. La protección del hueco
4.5.1. Protecciones fijas horizontales y verticales
4.5.2. Elementos móviles de protección solar
4.6. Espacios intermedios con función térmica reversible
4.6.1. Invernaderos convertibles en umbráculos
5.
Sistemas de captación solar en invierno
57
62
64
5.1. Principios y clasificación de los sistemas especiales de captación
64
5.1.1. Sistemas captadores directos
5.1.2. Sistemas captadores semidirectos
5.1.3. Sistemas captadores indirectos
5.1.4. Sistemas captadores independientes
5.2. Comparación del rendimiento y retardo de los sistemas captadores
68
5.3. Comparación en Archisun del efecto térmico de los sistemas captadores 69
6.
Ventilación en verano: movimiento y tratamiento del aire
6.1. Orientación de la forma según los vientos favorables
6.2. La experimentación publicada por Olgyay
6.3. Clasificación de sistemas especiales de ventilación
71
71
72
75
6.3.1. Sistemas generadores de movimiento de aire
6.3.2. Sistemas de tratamiento de aire
6.4. Comparación de la renovaciones/hora en los sistemas de movimiento
78
6.5. Comparación de efectos térmicos del movimiento en la fórmula del balance 78
7.
Ventilación en invierno: conservación, renovación y tratamiento
del aire
80
7.1. Conservación del aire caliente
80
7.1.1. Barreras contra los vientos desfavorables
7.1.2. La hermeticidad de las partes transparentes
7.1.3. Comparación de una alta con una baja hermeticidad con Archisun
7.1.4. El aislamiento de las partes opacas y vidriadas
7.1.5. Cuantificación de los efectos del aislamiento con Archisun
7.2. Renovación y tratamiento del aire
85
7.2.1. Evitar la humedad en los espacio cerrados
7.2.2. Salubridad y requerimientos de renovación de aire
7.2.3. Tratamiento del aire con ventilación subterránea
Conclusiones generales
87
Bibliografía consultada
89
Índice de tablas y de figuras
90
3
1. Introducción
1.1. Motivación
Tradicionalmente, el arquitecto proyecta la forma basándose en el modelado de la
parte material. Como resultado de la forma se generan ambientes con la pretensión de
ser habitables y, por tanto, confortables. En el siglo XX, las instalaciones introducen en
la arquitectura los medios artificiales de control ambiental. Como consecuencia, la
forma se desvincula del requerimiento de habitabilidad. Cualquier forma puede ser
aceptada entendiendo que las energías artificiales podrán corregir interiores muy
alejados del confort. Esta postura no es acertada por dos razones: la artificialidad de
los interiores y el excesivo consumo energético. El siglo XXI se inicia con una nueva
crisis energética. De nuevo proliferan adjetivos (sostenible, bioclimática, pasiva) para
describir la arquitectura basada en el aprovechamiento de las energías naturales. La
tesina estudia el modelado de la forma que pretende el aprovechamiento de las
energías naturales (renovables) y que entiende las energías artificiales como un
refuerzo para alcanzar el confort en situaciones extremas. La investigación se acotará
al clima mediterráneo, posiblemente el clima más rico y complejo de todos.
1.2. Planteo de la cuestión
¿Cómo proyectar la forma para compatibilizar situaciones contradictorias en una
misma arquitectura: como las de captar calor en invierno y disipar calor en verano,
aislar en invierno y ventilar en verano, etc.?
La cuestión principal se divide en otras cuestiones parciales:
¿Cuáles son los principios físicos para diseñar un proyecto que aspira a un eficiente
aprovechamiento de las energías naturales? Teniendo en cuenta que la tesina se
acotará a proyectos ubicados en clima mediterráneo, la radiación y la ventilación se
convierten en protagonistas del proyecto energético. ¿Por tanto, cuales son los
principios físicos para “conducir” la radiación y la ventilación según las necesidades de
proyecto?
¿Trasladando los principios físicos a la arquitectura, como debe ser el diseño
ambiental? Reconoceremos las estrategias formales y la estética de los sistemas
protagonistas del diseño ambiental vinculado a la radiación y a la ventilación. Más allá
de la descripción, el objetivo será evaluar la eficiencia energética del diseño. ¿Cómo
optimizar su comportamiento? ¿Cuáles pueden ser nuevas soluciones innovadoras?
¿Cuáles son los resultados que ofrecen los programas informáticos de modelado
energético? La atención se centra en programas que acompañan al arquitecto durante
el proceso de creación. No se abordan los programas entendidos como meras
herramientas de comprobación que se aplican cuando todas las decisiones de
proyecto ya han sido tomadas.
4
1.3. Objetivos
Los objetivos de la tesina son los siguientes:
1. Definir los aspectos fundamentales de la arquitectura solar pasiva o bioclimática en
clima mediterráneo litoral. Las crisis energéticas de los años 70 abrieron vías de
investigación para definir las estrategias de una arquitectura basada en el
aprovechamiento de las energías renovables. Investigadores americanos como
Edward Mazria y Douglas Balcomb asentaron las bases de esta arquitectura. Poco
después investigadores franceses importaron y ampliaron el conocimiento. Hoy en día,
Europa sigue investigando con modelos como la Passivhaus. Los modelos
mediterráneos son menos númerosos y serán el objetivo prioritario de la investigación.
2. Conocer los principios físicos más relevantes para el acondicionamiento de los
espacios en el mediterráneo. En primer lugar, los principios vinculados al control de la
radiación basados en el conocimiento del recorrido solar para una latitud determinada.
En segundo lugar, los principios de canalización de la ventilación basados en la
mecánica de fluidos. Estos principios son los más relevantes ya que permiten calentar
los espacios en invierno y enfriarlos en verano.
3. Analizar las posibilidades de los sistemas de acondicionamiento natural aplicados a
la arquitectura. Los sistemas estudiados se clasifican según los aspectos
fundamentales del comportamiento ambiental en clima mediterráneo litoral: protección
solar en verano, captación solar en invierno, ventilación en verano y conservación del
aire caliente en invierno.
1.4. Metodología
Para abordar los aspectos comentados se pone en práctica una metodología de
estudio estructurada de la siguiente manera:
-
Definición de las propiedades del clima mediterráneo litoral para justificar la
elección de las estrategias.
Analizar y clasificar las estrategias para garantizar el buen comportamiento de
la arquitectura pasiva.
Definir métodos de valoración de la eficiencia de las estrategias. Tanto a nivel
de cálculo teórico como de comprobación utilizando programas informáticos.
Establecer conclusiones que relacionen científicamente la forma y la estética
arquitectónica con el comportamiento energético.
1.5. Estructura del trabajo
Los dos primeros capítulos abordan la especificidad del clima mediterráneo litoral y las
estrategias bioclimáticas vinculadas. Los dos siguientes capítulos se centran en el
control de la radiación. Inicialmente se estudia como compatibilizar la protección solar
en verano y la captación en invierno. A continuación se analizan los sistemas de
captación. Finalmente, los dos últimos capítulos estudian la ventilación separando las
estrategias de verano y de invierno.
La metodología de trabajo expuesta se pone en práctica en el desarrollo de los
capítulos vinculados a las estrategias destinadas al control de la radiación y de la
ventilación.
5
2. La especificidad del clima mediterráneo litoral
2.1.
Clasificación climática y distribución geográfica
Las clasificaciones climáticas son numerosas. Cada una de ellas destaca ciertas
características climáticas por encima de otras. La clasificación de Köppen-Geiger (fig.
1) es de las más extendidas. En ella, las temperaturas y las precipitaciones (y por
tanto, la humedad y el tipo de vegetación) caracterizan el tipo de clima.
La categorización principal de Köppen divide los climas en cinco grupos:
-
Clima A: Tropical / Megatermal
Clima B: Seco (árido y semiárido)
Clima C: Templado / Mesotermal
Clima D: Templado frío / Continental / Megatermal
Clima E: Polar y de alta montaña
FIG. 1. Mapa mundial de la clasificación climática de Köppen para el periodo 19512000.
El clima mediterráneo se clasifica dentro de la categoría de los climas templados
(climas C). Se le denomina específicamente clima Csa:
-
s: El verano es seco por lo que el mínimo de precipitaciones está bastante
marcado y coincide con el periodo de temperaturas más altas. La estación más
lluviosa no tiene porque ser el invierno.
a: Subtropical. El verano es caluroso pues se superan los 22 °C de media en el
mes más cálido. Las temperaturas medias superan los 10 °C en al menos
cuatro meses al año.
6
Por tanto, el clima mediterráneo, es una variedad del clima subtropical (fig. 2) con
lluvias estacionales que se caracteriza por sus inviernos “templados” y los veranos
secos y calurosos.
La latitud condiciona de modo determinante la exposición terrestre frente a la
radiación solar y en consecuencia, el reparto de temperaturas en la superficie
terrestre. Este hecho se evidencia en la clasificación de Köppen, y, por tanto, en la
distribución de los climas subtropical y mediterráneo. El clima mediterráneo se
desarrolla alrededor de la latitud 40º, ya sea norte o sur. Se da, además de en la
cuenca mediterránea, en zonas de Chile, Australia y California (fig. 3).
FIG. 2. Extensión de las zonas con clima subtropical
FIG. 3. Distribución del clima mediterráneo en el mundo.
La escala mundial tan solo nos ofrece un acercamiento general en la búsqueda de la
definición mediterráneo litoral. Si, entre todas las zonas climáticas mediterráneas,
tomamos como ejemplo la del territorio catalán (fig. 4), veremos que el clima
mediterráneo puede ser matizado.
7
FIG. 4. División climática de Cataluña (según criterios termo pluviométricos). Meteocat:
Servicio Meteorológico de Cataluña.
Entre los diferentes factores que definen un clima, la proximidad de grandes masas de
agua, es decir, mares y océanos, supone una influencia notable. La gran inercia
térmica del agua estabiliza las temperaturas amortiguando el gradiente térmico
estacional propio de climas más continentales. En el territorio catalán, esta franja litoral
queda muy marcada, ya que, respecto a la costa, en segunda línea, aparece el relieve
de las diferentes sierras litorales y pre-litorales que separan rigurosamente el clima
mediterráneo litoral del clima mediterráneo continental.
El relieve es, de nuevo, protagonista en el norte del territorio catalán con la aparición
de las sierras pirenaica y pre-pirenaica. Su efecto es doble. En primer lugar, las
temperaturas descienden a medida que el territorio gana altura. Este efecto de la
altitud se ha llegado a valorar cuantitativamente. Según las estaciones, el efecto puede
ser más o menos marcado y queda establecido, como promedio, el descenso de 1 ºC
cada 200m. En segundo lugar, las sierras forman barreras frente a las masas de aire
que dejarán caer sus precipitaciones sobre las montañas. La abundancia de
precipitaciones cambiará notablemente las características climáticas.
Otro factor determinante para la definición de un clima de un territorio es la distancia
respecto a las regiones que son fuente de masas de aire. En el caso del territorio
catalán las masas de aire más próximas serían las que provienen de regiones como el
Atlántico norte, la cuenca Ártica, Europa central y septentrional, y, el Sáhara. Todas
estas regiones se encuentran suficientemente alejadas como para que las masas de
aire lleguen al territorio catalán habiendo sufrido un proceso de desnaturalización
notable. No es el caso de las masas de aire que provienen del mar mediterráneo.
8
Pero, en este caso, su influencia es puramente litoral debido al ya comentado efecto
barrera ejercido por las sierras litorales y pre-litorales.
Las distintas apreciaciones quedan reflejadas en el Atlas climático de Cataluña,
presentado en el año 1996, con series termo-pluviométricas de más de 30 años.
La cartografía que refleja la precipitación media anual en el territorio catalán (fig. 5)
pone de manifiesto acentuados contrastes entre los extremos más lluviosos (Pirineo) y
los más secos (depresión central catalana). El rango de variación ronda los 900 mm.
FIG. 5. Precipitación media anual. Atlas climático de Cataluña (1996).
9
La cartografía que refleja la temperatura media anual en el territorio catalán (fig. 6)
destaca el paralelismo de las condiciones en la franja litoral. Traspasada la barrera de
las sierras litorales y pre-litorales, la altitud se convierte en el factor determinante de la
distribución de las temperaturas.
FIG. 6. Temperatura media anual. Atlas climático de Cataluña (1996).
En este capítulo, partiendo de la escala mundial y llegando hasta la escala del territorio
catalán, se ha podido identificar un ejemplo de clima mediterráneo litoral.
Localizaremos el mismo clima en otros territorios sometidos a circunstancias naturales
similares.
En los capítulos, para abordar el estudio con la mayor concreción posible, se estudia el
caso concreto de Barcelona, como ciudad representativa de este litoral.
10
2.2.
Temperatura: frío en invierno, calor en verano, primavera y otoño
variables
La temperatura es el primer dato que se baraja en la definición del clima de un lugar.
Las estaciones meteorológicas nos ofrecen los datos que requerimos pero
frecuentemente sus registros ofrecen los datos diarios. Dichos datos pueden ser
engañosos al poder relatar lo sucedido en un día atípico. Por tanto, los datos de mayor
utilidad son los que promedian lo sucedido en un periodo para determinar cuáles son
los valores normales. La dificultad resulta entonces al comparar diferentes fuentes que
en muchos casos promedian utilizando periodos diferentes. Pese a ello, puesto que los
periodos abarcan años, los valores suelen ser muy próximos. En la siguiente tabla II,
se utiliza el color gris claro para resaltar los valores que difieren considerablemente de
la norma. Cabe decir que, cuando hablamos de una gran ciudad, otra variable en los
datos son las diferentes estaciones meteorológicas. Debido a las diferentes posiciones
que ocupan, pueden enfrentarse a situaciones climáticas diferentes. Es lo que sucede
cuando se comparan los datos de la estación meteorológica del aeropuerto, muy
cercana al mar, con los datos de la estación meteorológica del Observatorio Fabra,
situado a una altitud de 411 m en la sierra de Collserola.
A continuación se detallan las fuentes consultadas para la elaboración de la tabla
comparativa, todas ellas referidas a la ciudad de Barcelona:
Atlas Climático de Cataluña (1996)
Series termo-pluviométricas de 30 años.
AEMET. Agencia Estatal de Meteorología. Datos internet.
Estación aeropuerto. Altitud 6 m. Periodo: 1971-2000.
Puppo, E. (1979). Acondicionamiento natural y arquitectura. Página: 35
Observatorio Fabra - 420,11 m - Alt. s/m.
Wright, D. (1983). Arquitectura solar natural. Página: 51
Datos extraídos del Instituto Nacional de Meteorología (INM). Altitud 12 m. Periodo: 30
años.
Los datos se exponen tal y como aparecen en las distintas publicaciones. En ellas, no
siempre se especifica cuál es la estación meteorológica que ha sido tomada como
referencia. Además, respecto a la altitud de la toma de datos hay ligeras desviaciones.
Fruto de la investigación, se exponen las siguientes consideraciones:
AEMET asume en el año 2008 las competencias del antiguo INM. Por tanto,
presumiblemente, aunque las altitudes no se correspondan exactamente (6 y 12 m),
los datos que refleja D. Wright hacen referencia a la estación del aeropuerto.
El objetivo del Atlas Climático de Cataluña no es especificar datos puntuales sino
realizar mapas representativos de la totalidad del territorio catalán. Ninguna estación
meteorológica aparece destacada. La descripción relativa de un punto concreto se
obtiene como resultado de la combinación de datos obtenidos en diferentes estaciones
meteorológicas.
E. Puppo especifica el nombre de la estación meteorológica (Observatorio Fabra). El
Sevei Meteorològic de Catalunya publica en su web las fichas con los datos de sus
estaciones. Para el Observatorio Fabra se especifica una altitud de 411 m y la mayor
parte de las mediciones se realizan a una altura de 10 m.
11
En la tabla comparativa de temperaturas de bulbo seco se exponen los datos medios
mensuales. Por convenio, se destacan grupos de tres meses, asociando diciembre,
enero y febrero a la estación de invierno y junio, julio y agosto a la estación de verano.
E. Puppo, en su libro Un espacio para vivir (1980), expone un promedio orientativo de
la sensibilidad térmica del hombre a la temperatura de bulbo seco (tabla I). A priori, los
valores son ligeramente bajos. Significan una apreciación del hombre frente a las
temperaturas exteriores que definen el clima y pueden alejarse sensiblemente de las
temperaturas de confort en espacios interiores (muy vinculadas a la actividad que se
desarrolla en el interior). Utilizando esta clasificación de E. Puppo, y aplicando un
criterio de color, se interpretarán los datos de la tabla comparativa de temperaturas.
Tabla I. Promedios orientativos de la sensibilidad de hombre a la temperatura
INVIERNO
OTOÑO
VERANO
PRIMAVERA
28
22
18
14
11
8
6
3
0
35
26
22
18
14
11
8
5
2
40
27
23
20
16
14
11
8
4
35
24
19
15
12
10
8
5
2
Sensación de:
TORRIDO
CALOR
TIBIO
CONFORTABLE
FRESCO
MUY FRESCO
FRIO
MUY FRIO
HELADO
Tabla II. Comparativa de las temperaturas medias mensual y anual en Barcelona
Temperatura
Max. Media
Media mensual
Mes
Min. Media
Atlas AEMET Puppo Wright AEMET Puppo Wright AEMET Puppo Wright
21 a 22
17 a 18
13 a 14
10,0
8,9
9,9
11,3
13,0
16,2
19,9
23,0
23,6
21,1
17,0
12,5
10,1
9,7
9,3
12,9
13,8
15,9
22,1
24,3
23,8
20,9
17,7
14,8
10,3
9,5
10,3
12,3
14,6
17,7
21,5
24,3
24,3
21,9
17,6
13,5
14,3
13,4
14,6
15,9
17,6
20,5
24,2
27,5
28,0
25,5
21,5
17,0
12,6
13,4
14,6
20,9
22,5
23,4
32,9
34,1
33,4
26,6
24,5
19,4
13,0
12,7
13,6
15,7
18,2
21,3
25,1
27,8
27,7
25,0
20,7
16,4
5,7
4,4
5,3
6,7
8,5
12,0
15,7
18,6
19,3
16,7
12,6
8,1
7,3
5,9
5,9
9,2
10,3
12,2
17,9
20,4
20,1
17,8
14,8
11,9
7,5
6,4
6,9
9,0
10,9
14,0
18,0
20,7
20,9
18,8
14,6
10,6
anual 16 a 17
15,5
16,3
16,5
20,0
23,2
19,8
11,1
12,8
13,2
D
G
F
10 a 11
9 a 10
10 a 11
M
A
M
11 a 12
14 a 15
17 a 18
J
J
A
21 a 22
24 a 25
24 a 25
S
O
N
12
La primera apreciación es que, en clima mediterráneo litoral, descrito por las
temperaturas de la ciudad de Barcelona, es muy poco frecuente que se alcancen
temperaturas extremas. Las temperaturas medias máximas no darán lugar en ningún
caso a una sensación tórrida en verano. Las temperaturas medias mínimas tampoco
transmiten la sensación de mucho frío o de helado.
La situación de invierno es relativamente clara. Fundamentalmente, la sensación es
muy fresca o fría. Tan solo se alcanza el confort con las temperaturas máximas.
Del mismo modo, la situación de verano es fácil de describir. Predomina una
sensación tibia y calurosa. Tan solo se alcanza el confort con las temperaturas
mínimas.
En cambio, las estaciones intermedias presentan escenarios complejos.
Aparentemente todo es posible en estas estaciones. Las temperaturas rondan la
sensación confortable pero pueden bascular hacia temperaturas tibias (primavera y
otoño) y calurosas (otoño) o, en cambio hacia temperaturas frescas o muy frescas
(primavera y otoño).
Las consideraciones realizadas para las diferentes estaciones se resumen de manera
sintética en la siguiente tabla III.
Tabla III. Sensaciones térmicas estacionales en Barcelona
Temperatura
Media mensual
INVIERNO
PRIMAVERA
FRESCO + MUY
FRESCO
FRESCO +
CONFORTABLE
+ TIBIO
Max. Media
Min. Media
CONFORTABLE
MUY FRESCO +
FRÍO
CONFORTABLE
+ TIBIO
FRESCO + MUY
FRESCO
VERANO
TIBIO
CALOR
CONFORTABLE
OTOÑO
TIBIO +
CONFORTABLE
+ FRESCO
CALOR + TIBIO +
CONFORTABLE
CONFORTABLE
+ FRESCO +
MUY FRESCO
Cabe decir que, en este capítulo, la apreciación de las sensaciones tan solo considera
la temperatura de bulbo seco. La relación temperatura-humedad (y por tanto la
consideración de la temperatura de bulbo húmedo) es un dato más completo. En el
capítulo 2.4 se aborda la humedad en el clima mediterráneo litoral y da lugar a
considerar su influencia.
13
2.3.
Temperatura: baja oscilación térmica diaria a lo largo de todo el año
Para abordar la cuestión de la oscilación (o amplitud) térmica se toman los datos
expuestos por Wright, puesto que sus valores se pueden considerar como los
promedios de entre todos los expuestos. Se elabora la tabla IV recuperando los datos
de temperatura anteriores y añadiendo una columna en que se calcula la amplitud
media como la diferencia entre la temperatura máxima media y la mínima media. Esta
amplitud media informa, de manera bastante fiel, de las oscilaciones térmicas que
puedan ocurrir a lo largo del día en clima mediterráneo litoral.
Tabla IV. Amplitud media anual en Barcelona
Mes
Media
mensual
Wright
Temperatura
Max.
Min.
Media
Media
Wright
Wright
Amplitud
Media
Wright
D
G
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
10,3
9,5
10,3
12,3
14,6
17,7
21,5
24,3
24,3
21,9
17,6
13,5
13,0
12,7
13,6
15,7
18,2
21,3
25,1
27,8
27,7
25,0
20,7
16,4
7,5
6,4
6,9
9,0
10,9
14,0
18,0
20,7
20,9
18,8
14,6
10,6
5,5
6,3
6,7
6,7
7,3
7,3
7,1
7,1
6,8
6,2
6,1
5,8
anual
16,5
19,8
13,2
6,6
Los valores obtenidos se corresponden con lo expuesto por B. Givoni, en el capítulo
asociado a lo que él llama “Mediterranean marine climate” en su libro Man, climate and
architecture (1969), en que se afirma:
“The marine sub-type of the Mediterranean climate extends along the seashore. It is
characterized by small diurnal range (about 5-10 deg C), with day-time summer
temperatures in the range of 25-30ºC and night temperature of about 20-23ºC.”
Destaca en su comentario la situación de verano. Según los valores mínimos de este
comentario y los datos de la tabla, la temperatura desciende lo suficiente como para
disfrutar de noches más frescas y trasladar el frío nocturno a la mañana siguiente para
mitigar el efecto de las temperaturas calurosas (hecho especialmente notable en
climas más continentales). Cabe decir, que lo descrito se refiere a días promedio y que
esta regla no se cumplirá en los días más calurosos del verano litoral.
En invierno, la baja amplitud tampoco contribuye al confort. Las temperaturas se
mantienen bastante bajas y en ningún momento las temperaturas máximas alcanzan
situaciones de confort.
14
2.4.
Humedad relativa: alta pese a las variaciones estacionales y diarias
Siguiendo el protocolo iniciado con el estudio de las temperaturas medias y,
consultando las mismas fuentes de información, se realiza un cuadro comparativo de
los datos que caracterizan la humedad relativa en clima mediterráneo litoral (tabla VVi), sirviendo de ejemplo el caso de Barcelona.
Mes
HR
Media mensual
AEMET Puppo Wright
G
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
73
71
71
71
73
72
69
72
73
75
74
73
68
63
64
65
64
70
65
71
78
69
70
71
68
66
70
68
68
66
67
71
73
73
72
70
anual
72
68
69
Tabla V-VI. Comparativa de las humedades
relativas medias mensual y anual en Barcelona
90
80
AEMET
70
Puppo
Wright
60
50
G F M A M J
J A S O N D
En el caso de la humedad relativa no hay discordancia entre las diferentes fuentes
consultadas. Siguiendo las deducciones expresadas en el capítulo anterior, los datos
de AEMET y Wright hacen referencia a la estación meteorológica del aeropuerto.
Debido a su proximidad al mar, la humedad es elevada y estable en todos los meses,
situándose alrededor del 70%.
Los datos de Puppo hacen referencia a la estación de meteorológica del Observatorio
Fabra. Pese que a que se encuentra más alejada del mar y a una altitud considerable
(420m), los valores prácticamente no difieren. En algunos meses de invierno la
humedad relativa desciende hasta el 63%, pero, en este caso, la media anual tampoco
se aleja demasiado del 70%.
Por tanto, es acertado afirmar que, en clima mediterráneo litoral, la humedad relativa
es elevada a lo largo de todo el año, pudiendo cifrarla alrededor del 70% de media.
Sin grandes cambios de humedad específica, la humedad relativa está directamente
relacionada con la temperatura. La regla que siguen las oscilaciones es la siguiente: a
menor temperatura, mayor humedad relativa, o, a la inversa, a menor mayor
temperatura, menor humedad relativa. Este hecho es aplicable tanto en el ciclo diario
como en el estacional.
Para ilustrar este hecho referido al ciclo diario, se han recuperado las gráficas que
registran la evolución de la temperatura y la humedad a lo largo de dos días, uno de
inverno (fig.7) y otro de verano (fig.8). Corresponden a la toma de datos del
Observatorio Fabra, en el año 2010.
15
FIG 7. Relación de la evolución de la temperatura y la humedad relativa a lo largo de
un día de invierno
FIG. 8. Relación de la evolución de la temperatura y la humedad relativa a lo largo de
un día de verano
En cambio, según los datos de la tabla comparativa de las humedades relativas (tabla
IV), en el ciclo estacional no se cumple la afirmación que asocia la alta temperatura a
la baja humedad relativa. Esto se debe al cambio de humedad absoluta en verano. Las
temperaturas elevadas del verano aumentan la evaporación del agua terrestre y,
especialmente, del agua marina, muy cercana en un contexto litoral. Por tanto, el
progresivo aumento de la temperatura se acompaña de un aumento de la humedad
absoluta. Esto hace que la humedad relativa se mantenga, puesto que se colmata la
mayor capacidad de vapor de agua que ofrece un aire a mayor temperatura.
16
La explicación anterior quedaría respaldada por la afirmación de B. Givoni, en el
capítulo asociado a la humedad atmosférica de su libro Man, climate and architecture
(1969), en que se afirma:
“The vapour pressure level is subject to wide seasonal variations and is usually higher
in summer than in winter. Diurnal differences are small, although regions near the sea
which experience diurnal alternations of sea and land breezes may have variations of a
few mm Hg.”
El diagrama de Mollier (fig. 9) relaciona la presión de vapor, o tensión de vapor, y la
humedad absoluta. Por tanto, si según B. Givoni la presión de vapor aumenta en
verano, es correcto afirmar que la humedad absoluta aumenta en verano.
FIG. 9. Diagrama de Mollier (relación entre temperatura y humedad)
Las precipitaciones son otro suceso meteorológico que puede alterar la humedad
relativa a lo largo del año. En la misma tabla IV, el efecto de las lluvias del final del
verano queda reflejado. El aire ya no registra un aumento de temperatura que permita
absorber mayor humedad absoluta sin registrar cambios en la humedad relativa. Por
ello, y, añadiendo el efecto del descenso de la temperaturas sin cambios en la
humedad absoluta, a finales de agosto y en el mes de septiembre, se percibe un
aumento de la humead relativa. Este aumento se contrasta sea cual sea la estación
meteorológica de referencia.
En resumen, pese a leves alteraciones estacionales o diarias, la humedad relativa se
mantiene demasiado elevada en el clima mediterráneo litoral. En un clima en que las
temperaturas difícilmente son extremas, la humedad acentúa sus efectos y pone en
riesgo el confort. El aire frío y húmedo da una sensación de frialdad mayor que el aire
también frío, pero seco; el aire cálido y húmedo resulta sofocante en comparación con
el cálido y seco. Se ha experimentado que más allá de los límites entre 30% y 70% de
humedad relativa se pone en riesgo el confort humano. Según los datos de las
estaciones meteorológicas, en Barcelona se rebasa el límite del 70% en muchas
ocasiones.
17
2.5.
Radiación: medias anuales y variabilidad según las orientaciones
Los atlas de radiación solar son la primera herramienta para valorar con exactitud la
radiación. El atlas catalán se publicó en el año 2000. Los datos parten de las
mediciones recogidas en diferentes estaciones ajustadas después con modelos
matemáticos para hacerlas extensibles a la totalidad del territorio (fig. 10).
FIG. 10. Irradiación global diaria sobre superficie horizontal en MJ/m2, en Barcelona
El atlas de radiación solar permite contabilizar la irradiación media anual pero ofrece
también las medias mensuales (tabla VII). Se destacan los valores que correspondería
a Barcelona.
Irradiación
Media mensual
Mes
G
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
anual
Tabla VII. Irradiación global diaria sobre superficie
horizontal en MJ/m2, en Barcelona
Atlas
MJ/m2
7,5
10,5
15,0
19,5
23,0
24,5
23,5
20,5
16,0
12,0
8,0
6,5
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
G
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
15,5
18
La lectura de los resultados deja entrever un ciclo anual muy claro. En la latitud de
Barcelona, 41º23’ N, la radiación máxima se corresponde con el solsticio de verano y
decrece progresivamente hasta el solsticio de invierno. La radiación crece o decrece
en función de la posición de la tierra respecto al sol. En esta latitud, es en verano
cuando la altitud del sol es mayor y, respecto a un plano horizontal, los rayos solares
llegan a la superficie terrestre con mayor perpendicularidad. Es por ello que los valores
de radiación son más elevados. La carta solar estereográfica correspondiente a esta
latitud (fig. 11) permite conocer el acimut y la altura solar a lo largo de todo el año. Con
ella, ella posible comprender lo ocurrido en términos de irradiación.
FIG. 11. Carta solar estereográfica de la latitud 41º30’ N
Comprender que la perpendicularidad de un plano a la radiación solar es motivo de
mayor irradiación y, disponer de una carta estereográfica, permite evaluar la
exposición a la radiación de un plano horizontal o de cualquier otro plano. El Atlas de
radiación de Cataluña publica los datos correspondientes a diferentes orientaciones e
inclinaciones, ofreciendo medias mensuales y evaluaciones horarias a lo largo del día.
Para la arquitectura serán de especial interés las tablas que evalúen la radiación sobre
planos verticales expuestos a diferentes orientaciones. Servirán para contabilizar la
radiación solar a la que se exponen los muros de las fachadas y poder ser
consecuentes si se diseñan estrategias de captación o protección solar.
A continuación se exponen en la tabla VIII, los valores publicados por el Atlas de
radiación de Cataluña que corresponden a la radiación sobre superficies verticales en
Barcelona
19
Tabla VIII. Radiación solar global diaria sobre superficies verticales (MJ/m2/día).
Estación: Barcelona
La lectura de estos datos permite apreciar que, en invierno, cuando se requiere
captación solar para calentar, la orientación sur es la protagonista. En sol, con una
altitud menor, incide con mayor perpendicularidad sobre los planos verticales pero el
acimut solar se encuentra muy poco en las orientaciones este y oeste y es inexistente
en la norte.
En verano, cuando no deseamos la captación solar y debemos privilegiar la
protección, habrá que prestar especial atención a las orientaciones este y oeste. En
esta estación el sol sí que recorre estas orientaciones, y, es cuando su baja altitud
hace más severa la radiación sobre las superficies verticales.
El gráfico (fig. 12) expuesto por R. Serra en Les energies a l’arquitectura (1993), ilustra
esta distribución de la exposición a la radiación de un muro vertical en relación a
diferentes orientaciones.
FIG. 12. Radiación en un muro vertical a lo largo del año para una latitud 40º N
20
2.6.
Vientos: movimientos de aire a escala planetaria y brisas marinas
Dirección, intensidad y frecuencia
El movimiento del aire (el viento) es seguramente uno de los elementos climáticos más
imprevisibles. Su dirección, intensidad y frecuencia son cambiantes en función de
diferentes variables. Como ejemplo de ello, se rescata el registro de dos días de
verano consecutivos en Barcelona. Corresponden a la estación meteorológica del
Raval. El primero (fig.13), describe un día de viento irregular, sin direccionalidad
marcada. El segundo (fig. 14), un día de viento más constante.
FIG. 13. Día de verano en Barcelona con viento irregular
FIG. 14. Día de verano Barcelona con viento marcado
21
Pese a la variabilidad comentada, sí que es posible reconocer cierta periodicidad en la
dirección y la intensidad de los vientos básicos que se mueven a cierta altura. Las
estaciones meteorológicas hacen público el registro diario pero, documentos
elaborados que resuman las características del viento (incluyendo su frecuencia) son
menos comunes. Los manuales de arquitectura bioclimática utilizan diferentes
representaciones para resumir los datos que serán de utilidad para el proyectista (fig.
15 y 15bis). Según los casos, mostraran resúmenes mensuales o estacionales.
FIG. 15. Vientos en clima mediterráneo litoral norte de la península ibérica (Cataluña).
E. Puppo. Diseño y condiciones ambientales (1982).
22
FIG. 15bis. Vientos asociados a Barcelona. E. Puppo. Acondicionamiento natural y
arquitectura (1979).
Calificación de la intensidad (velocidad) de los vientos
FIG. 16. Clasificación de la intensidad de los vientos. Escala de Beaufort. E. Puppo.
Diseño y condiciones ambientales (1982).
23
Acción sobre la edificación
R. Serra en Arquitectura y Climas (1999) el capítulo El clima del viento y de la brisa
sintetiza el efecto del viento sobre la edificación:
“Porque, como hemos visto, la acción del viento sobre los edificios tiene repercusiones
directas e indirectas acerca de las condiciones del ambiente interior. Por una parte, el
viento influye en el microclima que envuelve las construcciones; por otra, actúa en los
cerramientos de los edificios incrementando las pérdidas de calor hacia el exterior de
las superficies sobre las que incide y, por último, penetrando por las aberturas y
rendijas, genera movimientos y renovación del aire interior. Con todo, no solo cambian
las condiciones del interior, sino que también afecta directamente al bienestar térmico
de los ocupantes, que notan en sus cuerpos el efecto del aire en movimiento.”
Acción sobre el confort humano
R. Serra en Arquitectura y Climas (1999) el capítulo El clima del aire y de la humedad
sintetiza el efecto del viento sobre el cuerpo humano:
“También es cierto que el tercer parámetro del aire, su movimiento, actúa sobre los
dos primeros (temperatura y humedad), ya que el aire que se mueve sobre el cuerpo
humano incrementa a la vez la cesión de calor y la cesión de humedad de la piel al
aire. Por todo ello, podemos resumir las acciones de los tres parámetros diciendo que,
en líneas generales, mayor temperatura y mayor humedad del aire producen más
sensación de calor, mientras que su movimiento produce sensación de frío.
Más complicado resulta cuantificar estas acciones, aunque en el caso del movimiento
del aire resulta bastante sencillo hacer una valoración aproximada. Cada 0,3 m/s de
velocidad del aire viene a equivaler al descenso de 1 ºC en la sensación térmica de la
persona sometida a esta corriente de aire.”
Justificación del origen de los vientos
R. Serra en Arquitectura y Climas (1999) el capítulo El clima del viento y de la brisa
sintetiza la justificación del origen de los vientos:
“El origen de la presencia del viento es, una vez más, la radiación solar. El
calentamiento no uniforme de planeta bajo la acción del sol unido a su rotación,
establecen las pautas de los vientos que se generan a gran escala en nuestro globo.
Sin embargo, a escala más reducida, las circunstancias geográficas y topográficas son
las que determinan los vientos presentes en un microclima concreto. De esta forma, en
cada lugar de la geografía existe un régimen de vientos irregular, con lo que es difícil
prever las condiciones posibles de intensidad y dirección del viento en un momento
determinado.
A pesar de ello, sí que existen factores propios de cada lugar que nos informan sobre
la probabilidad, mayor o menor, de que aparezca un viento concreto. Así, sabemos
que en las zonas próximas a la costa, se origina un régimen de brisas (mar-tierra de
día y tierra-mar de noche), perpendiculares a dicha costa, debido a la diferente
capacidad térmica de agua y la tierra.
Igualmente, en zonas montañosas y junto a bosques o ciudades, puede suponerse
cuáles serán los tipos de vientos más frecuentes, sea teniendo en cuenta cómo se
generan brisas en estas zonas limítrofes, donde el bosque siempre tiene más inercia
24
que el campo en general y éste más que las zonas urbanizadas, o considerando cómo
las barreras fijas del relieve, del arbolado o de los edificios, desvían los vientos
dominantes de la zona.”
Por tanto, si los ritmos estacionales de las grandes corrientes aéreas son bastante
bien determinados, las microcorrientes a poca altura que juegan y se desvían por la
presencia de los edificios y la vegetación son de más difícil localización. En definitiva,
la presencia de vientos acaba siendo un fenómeno microclimático, casi particular de
cada lugar en que nos encontremos.
Influencia de las construcciones sobre los movimientos
La disposición de las construcciones y su forma pueden engendrar localmente o sobre
extensiones importantes, fenómenos de aceleración con bruscas ráfagas que
ocasionan falta de confort o incluso cierto peligro sobre los usuarios. A título de
ilustración, algunos casos que suceden con frecuencia:
Efecto de esquina: en el ángulo de un edificio de gran altura, las aceleraciones pueden
ser elevadas.
Efecto de Venturi: cuando dos edificios se hallan implantados de manera que formen
un colector, se crea una aceleración al nivel del suelo.
Efecto de pilotes: el viento rodea el obstáculo y es guiado por los pilotes, luego vuelve
a salir más abajo en forma de chorro de aire.
Efecto de rodillo: sobre la fachada expuesta al viento de un edificio, este efecto
repercute en la parte descendiente del flujo que se organiza en rodillo remolinante de
eje horizontal.
25
3. Clima mediterráneo litoral y estrategias bioclimáticas
3.1.
El clima del exterior trasladado a espacios interiores
El interior de los edificios presenta, por su mismo principio de existencia, condiciones
ambientales diferentes a las del ambiente exterior y teóricamente más adecuadas para
la ocupación humana. Este debería ser el comportamiento normal y lógico aunque,
especialmente en tiempo cálido, puede darse que un interior sea menos confortable
que un exterior. La temperatura y la humedad son los parámetros de confort más
relevantes. Por ello, merece comentar como estos parámetros se trasladan del clima
exterior a los espacios interiores.
Mayor temperatura con menor variabilidad
Los espacios interiores de la arquitectura son, por lo general, de temperaturas menos
variables que el exterior, simplemente por el efecto de barrera y acumulación de
energía que producen los mismos cerramientos.
Por otro lado, en los interiores se encuentran normalmente temperaturas algo
superiores a las del exterior, debido al efecto de la ocupación y de la inmovilidad del
aire interior.
Mayor humedad motivo de menor confort
Muchas de las actividades que se realizan en el interior de un edificio generan
humedad y, además, los ocupantes también la desprenden con la transpiración y la
respiración. De nuevo, el efecto de la ocupación, añadido a la inmovilidad del aire,
pone el riesgo el confort al aumentar la humedad en los interiores respecto a la
humedad en el exterior. El exceso de humedad suele será causa directa de disconfort
en invierno y verano.
En condiciones de calor y con aire más o menos inmóvil, la sensación de bochorno
produce una gran incomodidad, solo mitigable si se consigue generar un movimiento
de aire, capaz de reducir la sensación de calor al incrementar las pérdidas por
convección y la evaporación de la transpiración del cuerpo.
Menos conocido, pero igualmente grave, es el caso en que coincide una temperatura
baja con una humedad elevada. En este caso, el humedecimiento de la ropa produce,
en estancias prolongadas, una acusada sensación de frío interior, muy difícil de
combatir. Aunque en este caso la solución obvia es aumentar la temperatura (con lo
que también disminuye la humedad relativa del aire), ésta no es la única solución.
La solución alternativa, o más bien complementaria, consiste en producir una
adecuada ventilación. Aunque en primera instancia esto enfríe más el aire interior, se
produce también un acentuado descenso de humedad, se secan las ropas y a la larga
aumenta la sensación de bienestar.
Pocas veces este principio se ha entendido y desgraciadamente, es frecuente, en
invierno, encontrar interiores con el aire tan cargado de humedad que llega a
producirse niebla en el mismo, aparte de condensaciones sobre todas las superficies
frías. En estas condiciones resulta imposible obtener el bienestar térmico, por mucho
que actuemos sobre la temperatura del aire.
26
3.2.
Gráficos y estrategias bioclimáticas
Condiciones ambientales confrontadas al bienestar térmico (en los gráficos)
Los tratados del bienestar son extensos. En ellos las estadísticas con usuarios han
servido para definir los márgenes del confort térmico. Los estudios valoran siempre el
efecto combinado de la temperatura y la humedad. Los límites definidos deben
aceptarse como indicativos, nunca como límites estrictos. Numerosos aspectos como
pueden ser la aclimatación, el vestir, el sexo o la actividad del usuario introducen
diferencias en la percepción. No obstante, es aceptable definir un marco en que
posiblemente el usuario vaya a tener una sensación confortable. Más que un único
marco, los tratados del bienestar aceptan dos escenarios posibles de confort, uno para
el verano y el otro para invierno, entendiendo que el usuario se aclimata de diferente
modo a las dos estaciones. Es aceptable considerar que el confort en las estaciones
intermedias surge, aproximadamente, de la fusión del confort de invierno y verano.
Partiendo del ábaco psicrométrico, en que se señalan las zonas de confort de verano
e invierno (fig. 17), se representan las condiciones medias de cada mes.
FIG. 17. Zonas de confort y oscilación de la temperatura cada mes. R. Serra. Las
energías en la arquitectura (1993).
Las franjas horizontales que unen las temperaturas medias de las máximas y las
mínimas para cada mes (suponiendo una misma humedad absoluta) representan días
ficticios en que se cumplieran las condiciones medias. Los medios arquitectónicos de
27
control ambiental deberían dar lugar a aires cuyas características estuvieran dentro de
las zonas de confort.
En el caso de representar sobre el ábaco psicrométrico los días típicos (fig. 18), lo que
se pretende es dar una idea de las situaciones posibles en los meses más extremos
del año, teniendo en cuenta las variaciones posibles en estos meses. Por ello se
toman los meses de enero y julio y tres días para cada uno de ellos:
-
Día anticiclónico con cielo totalmente claro
Día anticiclónico con pocas nubes
Día cubierto
Con esta representación se define mejor la posible variabilidad de condiciones que la
arquitectura debe corregir, ya que se aprecia un abanico más amplio de casos que las
condiciones medias de cada mes, que no hacen aparecer las situaciones más
extremas en un sentido u otro.
FIG. 18. Zonas de confort y condiciones climáticas para días típicos. R. Serra. Las
energías en la arquitectura (1993).
28
Correcciones ambientales para alcanzar el bienestar (en los gráficos)
El análisis de Givoni (fig. 19) consiste en dibujar en el ábaco las zonas en que se
puede suponer que las actuaciones arquitectónicas, con medios naturales de control
ambiental, son suficientes para retornas a las condiciones de confort.
FIG. 19. Zonas de confort y de corrección con arquitectura (según Givoni). R. Serra.
Las energías en la arquitectura (1993).
Con este análisis, relativamente discutible en cuanto a los límites de las zonas de
posible corrección, se están ampliando los factores de confort que se toman en
cuenta. Tanto el efecto del movimiento del aire (ventilación), como el de la radiación y
el de la inercia asociada, están introduciendo en el análisis los factores de confort
térmico que el análisis higrotérmico por sí solo no daba. La arquitectura debería ser
diseñada para permitir el desarrollo de estos factores.
Con estos ábacos, sobreponiendo los diferentes gráficos, es posible conocer los tipos
de actuación necesarios desde el diseño (como primera aproximación de lo que debe
ser un buen diseño bioclimático desde el punto de vista térmico).
29
El gráfico de Olgyay (fig. 20) equivale al psicrométrico con la aportación de Givoni.
Parte de la temperatura y de la humedad. Define zonas de confort para invierno y para
verano. Añade zonas de corrección con otros factores (ventilación y radiación) que
pueden ser efectivos para ampliar las zonas de confort.
FIG. 20. Gráfico de Olgyay. R. Serra. Las energías en la arquitectura (1993).
Al tratarse de un gráfico de aplicación más urbanística que arquitectónica, las
correcciones posibles de las situaciones fuera de la zona de confort también se deben
entender en el mismo sentido. Este es el caso de la velocidad del viento como
correctora de la falta de confort; por ejemplo, en un interior no debería ser mayor a 1
m/s, aunque en el gráfico se acepta hasta 3,5 m/s; o de la radiación solar, donde
valores de más de 50 kcal/h de radiación resultarían excesivos en un espacio cerrado.
30
3.3.
Proyectar con el aire y la radiación en verano
Aprovechamiento de los beneficios de la ventilación: acondicionar el aire
(temperatura y humedad)
La ventilación será una de las principales estrategias de acondicionamiento natural en
verano. Dicha ventilación contribuye a la comodidad de tres formas que se exponen a
continuación. En las dos primeras (a y b), la ventilación se entiende como renovación
del aire interior por aire exterior en condiciones más favorables (menos húmedo y más
frío). En la tercera, la ventilación se entiende como movimiento de aire (velocidad) que
refrigerará el cuerpo humano.
a) La acción contra la humedad. El aire exterior, aunque sea húmedo, en valores
absolutos siempre lo será menos que el aire estanco. En este caso se deberá
favorecer la ventilación continua, de día y de noche, aunque no es preciso que el
volumen de aire sea muy elevado (2 o 3 volúmenes/h serán suficientes para
conseguir buenas condiciones)
b) La renovación del aire interior con aire exterior a más baja temperatura (y también
menor humedad si es posible). Esto se puede conseguir mediante ventilación
nocturna o ventilaciones que introducen aire proveniente de zonas especiales, en
las que el aire es más fresco (patios, subterráneos, etc.).
En estos casos no es preciso que la renovación sea muy alta e incluso, cuando se
toma aire de dichas zonas especiales, conviene limitarla para evitar el rápido
agotamiento de la reserva de aire fresco.
c) La acción directa sobre el cuerpo humano de la corriente de aire en movimiento que
mejorará (según la velocidad) la sensación térmica en algunos grados (cada 0,3
m/s de velocidad del aire viene a equivaler un descenso de 1 ºC en la sensación
térmica de la persona sometida a este aire). La explicación es que el aire que se
mueve sobre el cuerpo humano incrementa a la vez la cesión de calor y la cesión
de humedad de la piel al aire. Aquí el peligro será introducir aire exterior más cálido
que el interior, con lo que se perderían las ventajas de esta acción.
Por otro lado, existen límites de comodidad para la velocidad del aire, que no
conviene que supere 1 m/s. Con esta táctica, la ventilación continua es de caudal
alto y supone, para ser efectiva, un intercambio de aire interior-exterior superior a
los 30 volúmenes hora.
Minimizar las ganancias de calor por radiación solar
En invierno, podemos lograr naturalmente ganancias caloríficas que calienten los
espacios. En cambio, en verano, no existen métodos naturales que aporten frigorías
para refrigerar los interiores. Por tanto, en verano, cuando la radiación aún es más
intensa, son fundamentales estrategias de protección para minimizar las ganancias
caloríficas.
Eliminación de calor por radiación del edificio hacia el cielo
Si bien es cierto que no podemos aportar frigorías y que minimizar las ganancias
caloríficas es la principal estrategia, hay que tener en cuenta que desde el momento
en que el edificio deje de estar expuesto a la radiación solar, puede invertirse el
31
intercambio radiante entre el edificio y su entorno celeste. La temperatura superficial
de la edificación será superior a la propia de la bóveda celeste. Debido a este hecho,
el edificio emitirá radiación de onda larga hacia el cielo que, en cierta manera, se
convierte en vertedero de la radiación emitida por los cuerpos terrestres. Por tanto, en
verano, en horas en que no reciba radiación, el edificio incrementará las pérdidas
caloríficas para poder evacuar calor.
3.4.
Proyectar con el aire y la radiación en invierno
Conservación del aire caliente interior: aislamiento y estanqueidad
En situación de frío, la estrategia principal consistirá en conservar el aire caliente del
interior. Será conveniente aislar al máximo los cerramientos, dificultando la pérdida de
calor por transmisión a través de los mismos. Al planificar estos aislamientos resulta
provechoso tener en cuenta las características térmicas del espacio exterior del que
nos separan, distinguiendo y reforzando el aislamiento en las zonas más frías o más
expuestas al viento, aunque sea en detrimento de los cerramientos que conectan con
zonas más protegidas (fachadas orientadas hacia el sur o que dan a un patio interior).
Además del aislamiento, también resulta importante limitar las penetraciones de aire
exterior y las consecuentes pérdidas de aire caliente interior. Esto significa conferir
estanqueidad a los cerramientos de las aberturas practicables, como puertas y
ventanas. Sin embargo, esta reducción de pérdidas de calor por ventilación tiene sus
límites y muchas veces no es prudente extremar dicha estanqueidad.
Control de la renovación de aire
A efectos higiénicos, siempre es necesaria una renovación del aire interior que se
supone viciado. Entre 15 y 30 m3 de aire por hora y por persona son los mínimos
aconsejables a este respecto. Además, en un clima húmedo como es el mediterráneo
litoral, la renovación de aire es necesaria para combatir los ya mencionados
perniciosos efectos de la alta humedad interior.
La renovación de aire resulta contradictoria con la estanqueidad si se realiza con frío
del exterior. Por ello, modelos actuales de arquitectura bioclimática como la
Passivhaus, basan su buen resultado en la combinación del aislamiento y de la
estanqueidad con sistemas eficientes de precalentamiento del aire.
Aporte de calor de la radiación solar
En invierno, la temperatura del aire exterior es inferior a la requerida para el confort.
Sin embargo, podemos lograr interiores con temperaturas más elevadas que las
preexistentes, adecuadas a nuestras necesidades. Si pretendemos este objetivo sin
utilizar aportes energéticos artificiales, la única fuente energética es la radiación solar.
La radiación calentará los materiales constructivos que acumularán calor para cederlo
al ambiente con mayor o menor retraso.
3.5.
Épocas intermedias: variabilidad de las estrategias
En las épocas intermedias (primavera y otoño), las temperaturas medias, máximas y
mínimas permiten comprobar cómo no es posible identificar un patrón de
comportamiento claro. Todos los escenarios son posibles en estas épocas y días fríos
pueden suceder a días calurosos, o viceversa. Hasta el momento, se han expuesto
estrategias para el verano y estrategias para en invierno. Es de suponer, que dichas
32
estrategias son compatibles en el mismo edificio que se adapta según la estación.
Pues bien, en las épocas intermedias, las diferentes estrategias deberían estar
disponibles simultáneamente. El paso de una conducta a otra se debe poder realizar
con agilidad para dar respuesta a un entorno cambiante de manera rápida e
imprevisible.
4. Radiación solar: compatibilizar la protección en verano y la captación en
invierno
Cuando se aborda la temática de la radiación solar en arquitectura es frecuente que se
establezca una separación entre las estrategias de verano y las de invierno que, a
priori, son contradictorias (protección y captación). En cambio, en este capítulo no se
ha optado por esta estructura separativa. Salvo en casos particulares en que se
diseñan arquitecturas de verano o de inverno, por lo general, se diseña para un buen
acondicionamiento a lo largo de todo el año. Por tanto, en este capítulo, se hace un
seguimiento de diferentes aspectos arquitectónicos y se evalúa conjuntamente su
repercusión en verano y en invierno. El objetivo será identificar soluciones
conciliadoras, que den una buena respuesta tanto un verano como en invierno.
4.1.
Forma y exposición solar en invierno y verano
4.1.1. La diferente exposición de la forma según la orientación
El recorrido solar, sigue una pauta diaria y estacional. Dicha pauta está estrechamente
vinculada a la latitud y somete la forma arquitectónica a diferentes grados de
exposición frente a la radiación. El recorrido solar es simétrico respecto al eje nortesur. Por ello, la cantidad de radiación que recibe una fachada orientada a este es la
misma que la que recibe una fachada orientada a oeste. Otra afirmación cierta es que
en el hemisferio norte, la fachada sur es la que recibe mayor radiación, tanto y verano
como en invierno. En cambio, la fachada norte es la que recibe menor radiación.
Cuantificar con exactitud la radiación que recibe cada superficie es una tarea
imposible, ya que, la radiación que llega a la superficie terrestre depende de la
nubosidad que es variable e impredecible a ciencia cierta. Tan solo serán válidas
aproximaciones a los valores absolutos. En cambio, son totalmente ciertas relaciones
comparativas entre superficies con diferente orientación o inclinación. En este último
caso las relaciones que diferencian una superficie respecto a otra son invariables ya
que se deben puramente a relaciones geométricas de posición de un plano respecto a
la radiación solar. A continuación se estudiarán dichas relaciones vinculadas a la
latitud propia de Barcelona (41:18:07 N). La herramienta informática utilizada es
Heliodon 2TM, ideado por Benoit Beckers & Luc Masset.
4.1.2. Comprobación sobre la forma cúbica con Heliodon
La comprobación consiste en valorar, para la latitud de Barcelona, la cantidad de
energía solar que reciben los diferentes planos de un cubo cuyos planos verticales se
orientan estrictamente a norte, sur, este y oeste. Se añade también la energía recibida
sobre un plano horizontal que correspondería a una ficticia cubierta plana.
Los periodos que se evalúan son cuatro. Los dos primeros corresponden a las
estaciones: invierno (fig. 21) y verano (fig. 22). Los dos siguientes asociados a los
meses de temperaturas más extremas: el más frío, enero (fig. 23) y el más cálido, julio
(fig. 24).
33
Fig. 21. Radiación solar sobre un cubo
en invierno
Fig. 22. Radiación solar sobre un cubo
en verano
Fig. 23. Radiación solar sobre un cubo
en enero
Fig. 24. Radiación solar sobre un cubo
en julio
A continuación de las figuras de Heliodon se presenta la tabla IX que recapitula todos
los datos obtenidos y un gráfico ilustrativo (fig. 25) que permite realizar comparaciones
entre la radiación recibida por las diferentes superficies en los diferentes periodos de
evaluación.
34
Tabla IX. Radiación solar total (kWh) sobre las superficies de la forma cúbica de
6x6x6m, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y en los meses de
julio y de enero.
verano invierno julio enero cubierta 20549,3 7118,9 7692 1605,4 fachada sur 8061,1 10940,4 1940,6 3392 fachada este 8182,9 3291,2 2967,9 775,1 fachada norte 583,3 0 347,4 0 fachada oeste 8182,9 3291,2 2967,9 775,1 total 45559,5 24641,7 15915,8 6547,6 FIG. 25. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) sobre las superficies de
la forma cúbica de 6x6x6m, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y
en los meses de julio y de enero.
25000
20000
15000
verano
invierno
julio 10000
enero
5000
0
cubierta
fachada sur
fachada este fachada norte fachada oeste
Cabe destacar la importancia de la radiación sobre la cubierta en verano, muy superior
a la radiación recibida en cualquier otra superficie. Tan solo en el mes de julio, la
radiación sobre la cubierta es superior a la recibida en todo el invierno.
35
Respecto a la fachada sur, es remarcable que la radiación recibida es superior en
invierno que en verano.
Respecto a la fachada este y oeste, notar como en verano la radiación recibida es
prácticamente asimilable a la recibida en la fachada sur. En cambio, en invierno la
radiación que reciben estas fachadas es muy inferior a la recibida en la fachada sur.
4.1.3. Definición teórica de la forma óptima según Olgyay
Como consideración general podemos decir que las formas lineales tienen un
comportamiento térmico mejor durante todo el año si se alargan en dirección EsteOeste, ya que tienen más posibilidades de captar radiación en invierno con la gran
superficie de exposición que representa la fachada a Sur y en cambio en verano
captarán poco a causa de que las fachadas Este y Oeste son más reducidas. Las
formas centrales y en estrella tienen un comportamiento térmico muy irregular y
ofrecen pocas posibilidades de corrección por el efecto de la orientación. Finalmente,
las formas en retícula o agregadas tendrán mejores posibilidades de tener un buen
funcionamiento si predominan los ejes en dirección Este-Oeste.
Victor Olgyay en su obra Desing with Climate (1963), aborda la optimización
energética de la forma. En el apartado traducido al castellano como “Criterio de la
forma óptima” expone:
“Puede tomarse como una norma que la forma óptima es aquella que desprende la
mínima cantidad de Kcal en invierno y que absorbe el mínimo de Kcal durante el
verano. Es muy extendida la opinión de que los edificios de planta cuadrada son los
que poseen las mejores características para preservar el calor en invierno y el frescor
en verano. La razón en la cual se basa esta convicción es el hecho de que un edificio
cuadrado alberga el mayor volumen con el menor perímetro de exposición. Este
principio puede ser válido para tipologías edificatorias antiguas en las cuales, debido al
reducido tamaño de las ventanas, el efecto de la radiación es despreciable. Con las
tipologías de grandes aberturas de hoy en día, esta afirmación se convierte en una
falacia.”
A continuación, Olgyay investiga cual sería la forma óptima para una vivienda tipo en
cuatro ubicaciones diferentes del territorio americano con diferentes climas. Evalúa el
efecto combinado de la temperatura de aire y la radiación para obtener formas más o
menos alargadas según el lugar.
4.1.4. Comprobación de la forma óptima con Heliodon
El objetivo es verificar, desde el punto de vista de la captación solar, cual es la forma
rectangular óptima. El estudio se realiza en función de dos parámetros: la relación
entre ancho y largo y la orientación de la forma. Tres relaciones en planta se someten
a estudio: 3x12m (1:4), 4x9m (1:2 aprox.), 6x6 (1:1). La superficie en planta es, por
tanto, siempre la misma: 72 m2. Además, evaluando siempre con la misma altura (6m),
el volumen interior es siempre el mismo: 432 m3. Las dos relaciones rectangulares en
planta se evalúan posicionándolas en función de dos orientaciones: orientando las
fachadas largas a Este y Oeste, y, orientando las fachadas largas a Norte y Sur. La
forma cuadrada es simétrica en las dos orientaciones posibles y su comportamiento es
único. Finalmente se valora el comportamiento en verano y en invierno buscando la
36
solución que compatibilice equilibradamente la protección en verano y la captación en
invierno.
La tabla X resume de los datos obtenidos y la figura 25bis los presenta en forma de
gráfico para facilitar la comprensión y las conclusiones.
Tabla X. Radiación solar total (kWh) sobre las superficies de diferentes formas
rectangulares, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y en los meses
de julio y de enero.
verano
cubierta
fachada sur
fachada este
fachada norte
fachada oeste
total
orientado a E y O
3x12
4x9
20545,9
20548,1
4029,2
5373,2
16368,6
12275,8
291,5
388,8
16368,6
12275,8
57603,8
50861,7
invierno
6x6
20549,3
8061,1
8182,9
583,3
8182,9
45559,5
orientado a N y S
4x9
3x12
20548,1
20545,9
12093
16124,9
5454,4
4090,1
875
1166,7
5454,4
4090,1
44424,9
46017,7
orientado a E y O
3x12
4x9
7117,7
7118,5
5468,4
7292,4
6583,5
4937,4
0
0
6583,5
4937,4
25753,1
24285,7
6x6
7118,9
10940,4
3291,2
0
3291,2
24641,7
orientado a N y S
4x9
3x12
7118,5
7117,7
16412,5
21884,5
2193,8
1645,1
0
0
2193,8
1645,1
27918,6
32292,4
FIG. 25bis. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) sobre las superficies
de diferentes formas rectangulares, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno y en los meses de julio y de enero.
60000
50000
40000
cubierta
30000
fachada sur
fachada este
20000
fachada norte
fachada oeste
10000
total
0
3x12
4x9
6x6
orientado a E y O
verano
4x9
3x12
orientado a N y S
3x12
4x9
6x6
orientado a E y O
4x9
3x12
orientado a N y S
invierno
Las curvas que estudian el comportamiento de una única ofrecen resultados obvios.
La captación es mayor cuanto mayor es el tamaño de la fachada.
37
El interés reside en seguir el comportamiento de la curva que relata lo sucedido en
cuanto a la captación total de volumen.
En verano, la proporción 4x9 que orienta sus fachadas larga a Norte y Sur es la más
favorable. Dicha proporción es sensiblemente mejor que la opción cuadrada o que la
opción más alargada que se orienta en la misma dirección, y, notablemente mejor si se
compara con el mismo volumen orientando sus fachadas más largas
En invierno, la situación más favorable es alargar el volumen orientando las fachadas
más largas a Norte y Sur. La capacidad captadora de la fachada sur, con aportación
nula de la fachada norte, es superior a la suma de la capacidad de las fachadas este y
oeste.
En definitiva, las relaciones más favorables si se pretende compatibilizar el invierno y
el verano son las alargas que orientan sus fachadas mayores a norte y sur. La fachada
sur es sin duda la fachada decisiva por su ya comentada alta capacidad de captación
en invierno.
4.2.
La fachada sur
Si la fachada sur es decisiva, veamos cómo se podría optimizar al máximo su
comportamiento. Orientar volúmenes alargados a norte y sur es favorable. La
participación de la fachada sur en la captación de invierno es muy destacable. Pero,
en cambio, en verano, la fachada sur recibe una notable cantidad de radiación. Por
tanto, para mejorar el comportamiento de la fachada sur es aconsejable minorar su
captación en verano sin que vaya en detrimento de la captación en invierno. Para
lograrlo estudiaremos dos factores: los elementos horizontales de protección y la
rugosidad de la fachada
4.2.1. Elementos horizontales de protección
El objetivo es diseñar elementos horizontales de protección que interrumpan la
radiación en verano sin perjudicar de la necesidad de captación en invierno. Este
objetivo es posible teniendo en cuenta que el sol se desplaza a mayor altura en verano
que en invierno.
En este apartado, se evalúa el diseño de los elementos horizontales buscando la
relación más favorable entre la altura de la fachada que se pretende proteger en
verano y la longitud de volado del elemento de protección horizontal. Realizando
cálculos para verano y para invierno, se pretende determinar la opción compatible para
las dos estaciones.
Se nombra v el volado y h la altura a proteger. Se evalúan las siguientes relaciones:
v=h, v=h/2, v=h/3, v=h/4, v=h/5, v=h/6, sin v.
A continuación se muestra una selección ilustrativa de las representaciones de
Heliodon. En invierno, el alero más largo (fig. 26) y el más corto (fig.27). En verano, el
alero más largo (fig. 28) y el más corto (fig.29).
Seguidamente, los resultados obtenidos se comparan con gráficos (fig. 30 y 31) para
facilitar la comprensión y las conclusiones.
38
Fig. 26. Radiación solar con alero v=h,
en invierno
Fig. 27. Radiación solar con alero v=h/6,
en invierno
Fig. 28. Radiación solar con alero v=h,
en verano
Fig. 29. Radiación solar con alero v=h/6,
en verano
39
FIG. 30. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) recibida con
protecciones horizontales, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno.
verano
invierno
2733
2476
2426
2360
2191
1995
1470
2014
934
715
578
1377
1278
1128
v=h
v=h/2
v=h/3
v=h/4
v=h/5
v=h/6
sin v
invierno
1470
1995
2191
2360
2426
2476
2733
verano
578
715
934
1128
1278
1377
2014
FIG. 31. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida con protecciones
horizontales, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno.
verano
invierno
100
80
91
89
86
73
68
63
56
54
46
36
29
v=h
v=h/2
v=h/3
v=h/4
v=h/5
v=h/6
sin v
verano
29
36
46
56
63
68
100
invierno
54
73
80
86
89
91
100
40
De todas las relaciones entre el elemento vertical a proteger y el elemento
horizontal de protección, la más adecuada es v=h/2. En verano, el porcentaje
de radiación interceptada es alto y el elemento vertical tan solo recibe un 36%
de la radiación posible. En invierno, el mismo elemento intercepta poca
radiación y permite la llegada al plano vertical de un 73% de la radiación.
A continuación, se muestran ejemplos arquitectónicos del empleo de diferentes
elementos de protección horizontal. La obra proyectada por Bofill (fig. 32)
corona la fachada con un elemento de protección de de la última planta. La
obra proyectada por Kenzo Tange (fig. 33) propone una fachada escalonada
de cielo a suelo que se protege a sí misma con los sucesivos volados.
Finalmente, la vivienda proyectada por Francesc Guàrdia (fig. 34 y fig. 35)
resuelve la fachada principal con una estructura que define un espacio
intermedio cubierto por enredaderas para una mejor protección solar.
FIG. 32. Viviendas en Montpellier. Ricardo Bofill.
FIG. 33. Ciudad universitaria de Constantine. Kenzo Tange.
41
FIG. 34. Casa Binidada. Sant Lluís, Menorca, 1985. Francesc Guàrdia.
FIG. 35. Casa Binidada. Sant Lluís, Menorca, 1985. Francesc Guàrdia
42
4.2.2. Rugosidad de la fachada
La rugosidad de la fachada puede ser una alternativa proyectual para la fachada sur.
Cada propuesta que opte por esta alternativa requiere de un estudio detallado puesto
que las alternativas de tamaño proporción y posición de los entrantes respecto a los
salientes son ilimitadas. En este capítulo se han comparado dos alternativas de
fachada con una misma cantidad de superficie rehundida respecto al plano de
fachada. Aparentemente, el dibujo se asimila a huecos en una fachada pero, a una
escala mayor, también podrían ser partes de fachada rehundidas.
La columna izquierda, la “alternativa rugosa”, presenta cuatro partes rehundidas y se
evalúa el comportamiento en verano (fig. 36) y en invierno (fig. 38).
La columna derecha, la “alternativa plana”, propone un único elemento rehundido y,
del mismo modo, evalúa la situación de verano (fig. 37) y la de invierno (fig. 39).
Fig. 36. Radiación solar recibida por la
“alternativa rugosa” en verano
Fig. 37. Radiación solar recibida por la
“alternativa plana” en verano
Fig. 38. Radiación solar recibida por la
“alternativa rugosa” en invierno
Fig. 39. Radiación solar recibida por la
“alternativa plana” en invierno
43
A continuación se presenta un gráfico (fig. 40) que compara, en invierno y verano, el
efecto de la radiación en la “alternativa rugosa” (con rugo) y en la “alternativa plana”
(sin rugo).
FIG. 40. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) en dos alternativas
de fachada, según su rugosidad, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno.
1000,0
873,1
900,0
787,1
800,0
700,0
600,0
con rugo
500,0
sin rugo
diferencia
400,0
porcentaje
312,8
300,0
227,2
200,0
100,0
86,0
85,6
27,4
9,8
0,0
verano
invierno
Al margen de la rugosidad, la radiación que llega a las superficies rehundidas es muy
superior en invierno.
Comparando el caso con rugosidad y el caso sin rugosidad, se aprecia que, en verano,
con rugosidad, se logra un descenso favorable de la radiación recibida de 85,6 kWh. A
ello acompaña un descenso desfavorable de la radiación de 86 kWh. Si se consideran
dichos valores porcentualmente respecto al total en cada estación, se aprecia que el
descenso favorable en verano es casi del 27,4%, repercutiendo en invierno con un
descenso desfavorable de tan solo un 9,8%.
En el caso estudiado, es mejor la opción rugosa del rehundido que la opción plana.
Pero, como se ha indicado anteriormente, otras opciones en el diseño de la rugosidad
deberían ser estudiadas pormenorizadamente para valorar su repercusión exacta.
44
4.3.
Las fachadas este y oeste
La particularidad de las fachadas este y oeste es que cada una de ellas, en verano,
recibe tanta radiación como la fachada sur. En invierno, no sucede así. La suma de la
radiación que reciben las dos fachadas, no alcanza a la radiación recibida por la
fachada sur. Por tanto, si queremos mejorar el comportamiento frente a la radiación en
estas fachadas, habrá que reforzar la protección en verano, intentando no perjudicar la
captación de invierno. ¿Cómo plantear las protecciones para lograr este objetivo?
El este y el oeste se asocian al amanecer y al ocaso. En estos momentos la radiación
es muy rasante. Este hecho supone, geométricamente, un ángulo de incidencia de la
radiación muy perpendicular a los planos verticales, y, por tanto, una mayor captación.
Pese a ello, en estos instantes, la radiación debe atravesar mayor grueso de capas
atmosféricas viéndose su efecto reducido. Decimos vulgarmente que el sol no calienta
tanto.
De todos modos, el amanecer y el ocaso no son más que instantes del recorrido solar
a lo largo del día. El trayecto del sol en las orientaciones este y oeste es duradero. El
sol asciende y desciende rápidamente y, especialmente en verano, en estas
orientaciones, se instala dilatadamente en altitudes considerables.
Ante lo expuesto, la pregunta de cómo plantear una protección solar eficiente a Este y
Oeste, se reformula de la siguiente manera: ¿Deben ser protecciones horizontales
superiores que interrumpan una radiación en altura, o, protecciones verticales que
intercepten una radiación rasante?
Resolviendo esta pregunta, podremos plantear como deben ser las protecciones
propias de las fachadas pero, también, elementos de corrección del entorno, como
barreras ante la radiación, o, los espacios intermedios entre el interior y el exterior que
respondan al mismo propósito de control de la radiación.
4.3.1. La elección entre protecciones horizontales o verticales
Para responder a este dilema se utiliza, de nuevo, el programa informático Heliodon,
valorando la radiación recibida por un plano vertical de 3x3m orientado a Este, en la
latitud propia de Barcelona.
En primer lugar se evalúa la respuesta en verano, sin protección alguna (fig. 41), con
una protección horizontal superior (fig. 42), con una protección vertical a norte (fig. 43),
y con una protección vertical a sur (fig. 44).
En segundo lugar se evalúa la respuesta en invierno, sin protección alguna (fig. 45),
con una protección horizontal superior (fig. 46), con una protección vertical a norte (fig.
47), y con una protección vertical a sur (fig. 48).
Todas las protecciones serán exactamente de la misma dimensión para poder
comparar su efecto variando tan solo su posición. Podremos elaborar así un gráfico
comparando los valores absolutos (fig. 49) y otro gráfico comparando el porcentaje
recibido respecto a la situación que no presenta protección (fig. 50).
45
Fig. 41. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en verano,
sin protección
Fig. 42. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en verano,
con protección horizontal superior
Fig. 43. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en verano,
con protección vertical a norte
Fig. 44. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en verano,
con protección vertical a sur
46
Fig. 45. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en invierno,
sin protección
Fig. 46. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en invierno,
con protección horizontal superior
Fig. 47. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en invierno,
con protección vertical a norte
Fig. 48. Radiación solar recibida por una
superficie orientada a Este, en invierno,
con protección vertical a sur
47
FIG. 49. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por una
superficie a este con diferentes protecciones, en Barcelona, en las estaciones de
verano y de invierno.
2500
2000
2044
2011
1814
1500
verano
1192
1000
822
invierno
822
500
618
443
0
sin
verti. Norte
verti. Sur
horiz. Sup FIG. 50. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida por una superficie a
este con diferentes protecciones, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno.
100
90
100 100
98
100
89
80
70
75
60
50
54
58
40
verano
invierno
30
20
10
0
sin
verti. Norte
verti. Sur
horiz. Sup El efecto de la protección vertical a norte es despreciable. La discusión se reduce a la
elección entre la protección vertical a sur o a la protección horizontal superior. Esta
última es la más acertada de las dos. Se reduce la cantidad de radiación recibida en
verano (58%) y se permite una mayor cantidad de radiación recibida en invierno
(75%).
48
4.3.2. Corrección del entorno con barreras sólidas o vegetales
La corrección del entorno con barreras frente a la radiación se utilizará con una doble
función. La primera es fomentar una buena relación del elemento arquitectónico (muro
opaco o hueco) con la radiación. La segunda es crear alrededor de la vivienda
espacios que permitan la vida al aire libre modelando las condiciones ambientales
para adecuarlas al confort del usuario.
A levante y poniente, en las latitudes propias del clima mediterráneo, la corrección del
entorno se aplicará fundamentalmente para limitar la radiación en verano. Realizar
propuestas para favorecer la captación solar en invierno tiene poco sentido ya que la
radiación incide poco en estas orientaciones.
Plantear barreras sólidas verticales es una estrategia de difícil empleo. Habitualmente
se asocia la radiación en estas orientaciones a una radiación muy rasante ante la que
se podría proponer una barrera vertical. Pero, de hecho, los instantes de sol rasante
son puntuales y, además, son momentos en que la radiación calienta poco debido a
que atraviesa gran cantidad de atmósfera. Las verificaciones con Heliodon demuestran
que el sol, en verano, en las orientaciones Este y Oeste, puede considerarse más
vertical que rasante.
Las barreras vegetales pueden ser más acertadas en estas orientaciones. La masa
arbórea y arbustiva puede complementarse para detener rayos solares horizontales y
verticales. Será necesario evaluar lo más exactamente posible la obstrucción de los
elementos vegetales teniendo en cuenta la densidad del follaje. Y, como es sabido,
considerar el uso de especies vegetales de hoja caduca que permitan la llegada de
gran parte de la radiación en invierno.
FIG. 51. Corrección del entorno con barreras vegetales.
49
4.3.3. Espacios de sombra: patios, umbráculos, pérgolas
Con el mismo objetivo de protección frente a la radiación de Este y Oeste, la
arquitectura es capaz de convertir una vez más el requerimiento funcional en virtud de
proyecto.
Es el caso de muchas propuestas que proponen ir más allá del planteamiento de
barreras frente a la radiación. La tradición arquitectónica mediterránea da lugar a la
aparición de espacios en sombra. Espacios de protección frente a la radiación que se
convierten en lugares de estar que armonizan los alrededores de las viviendas.
Además, servirán para diseñar la transición ambiental desde interior al exterior, o
viceversa.
Aparecen espacios exteriores diseñados con el propósito de ofrecer sombra: patios,
umbráculos, pérgolas. Espacios de mayor complejidad si los comparamos con el
diseño de una barrera con una única función de protección. Los espacios de sombra
responderán a un uso (estar, acceso,…) y, por tanto, deberán satisfacer otros
requerimientos como podría ser la adecuada ventilación si estamos contemplando el
confort en verano.
FIG. 52. Espacio intermedio con control de la radiación a través de un muro y una
cubierta vegetal.
50
4.4.
La cubierta
En verano, la radiación que recibe una cubierta horizontal duplica la recibida por una
fachada sur de la misma superficie. En invierno, puesto que el recorrido solar es de
menor altura, la misma cubierta recibe el 75% de la radiación que incide sobre la
fachada sur.
Esta reflexión demuestra la importancia capital de la cubierta en el diseño bioclimático.
Si se aspira a un diseño consecuente, es necesario conocer la repercusión de una
determinada inclinación en relación a la radiación. O, conocer alternativas de diseño
como la protección de la cubierta. Un recurso efectivo al alcance del proyectista es
proponer una cubierta protectora cuya misión es arrojar sombra sobre la cubierta
impermeabilizante y aislante. Todas estas opciones de diseño se consideran en el
presente capítulo.
4.4.1. Inclinaciones y repercusión en la captación solar
En este caso, el ejercicio propuesto es sencillo. La misma superficie en planta se
cubre con cubiertas con diferentes inclinaciones y orientaciones. Se contabiliza en
cada caso la radiación recibida.
A continuación se muestran dos imágenes ilustrativas de las simulaciones de la
radiación recibida. La primera corresponde a la radiación recibida en verano por una
cubierta con una inclinación de 50% hacia el sur (fig. 53). La segunda retrata el mismo
caso pero orientando la cubierta hacia el norte (fig. 54).
Fig. 53. Radiación solar recibida en
verano por una cubierta con inclinación
del 50% hacia el sur
Fig. 54. Radiación solar recibida en
verano por una cubierta con inclinación
del 50% hacia el norte
51
FIG. 55. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por las
mismas cubiertas con diferentes inclinaciones y orientaciones, en Barcelona, en las
estaciones de verano y de invierno.
30000
25000
24295
22418
Energía total (kWh)
20548
18679
20000
15000
16810
12589
9854
10000
verano
7118
invierno
4386
5000
1899
0
50%
25%
a sur
0%
plana
25%
50%
a norte
Tipo de cubierta
La lectura de los resultados descubre que, a medida que la cubierta si inclina hacia el
norte, más acusadas son las variaciones entre la captación de verano y de invierno.
Una cubierta orientada a sur, con una inclinación del 50%, capta el doble en verano
que en invierno; y, con la misma inclinación, pero orientada a norte, la exposición es
casi 10 veces superior en verano.
Al hilo de la reflexión anterior, una cubierta plana es una opción conveniente en la
latitud de Barcelona. La radiación recibida verano se sitúa exactamente en el punto de
equilibrio entre las cubiertas con la misma inclinación pero orientadas a sur o a norte.
En cambio, en invierno, sí que hay una reducción de la captación si se compara con
cubiertas orientadas a sur, pero, nunca será tan drástica si se compara con cubiertas
orientadas a norte.
Es oportuno recordar que, en cualquier caso la radiación recibida por la cubierta no se
traslada al interior en forma de aire caliente que desciende hasta el nivel del suelo. El
aire caliente, más denso, tan solo asciende. El efecto nocivo es el intercambio por
radiación con el usuario. La superficie de cubierta, calentada si recibe abundante
radiación solar, emite radiación hacia el usuario poniendo en riesgo el confort.
A continuación se muestran imágenes de una vivienda proyectada por Carlos Ferrater.
La plasticidad compositiva de las diferentes cubiertas es uno de los motivos principales
del proyecto. Las repercusiones citadas en relación a las inclinaciones se deberán
tener en cuenta. El proyectista podrá contrarrestar con otros recursos de proyecto si,
en algún caso, las condiciones del interior no son las adecuadas para el confort.
52
FIG. 56. Vivienda en Las casas de Alcanar (2006). Carlos Ferrater.
FIG. 57. Vivienda en Las casas de Alcanar (2006). Carlos Ferrater.
53
4.4.2. Cubiertas protectoras
Frente a la alta carga de radiación que reciben las cubiertas en verano, una alternativa
es protegerlas. Existen diferentes soluciones para lograr este objetivo. Por ejemplo, el
color del acabado de una cubierta para favorecer la reflexión en detrimento de la
absorción y la posterior transmisión de calor. Otro recurso reside en el planteamiento
de las capas que componen una cubierta. Dentro de esta línea se incluirían las
cubiertas planas tradicionales que incluyen una generosa cámara de aire ventilada
para evitar el sobrecalentamiento de la cara en contacto con el interior. O, cubiertas de
agua, como las que propone Edward Mazria, que aprovechan el calor específico del
agua para retener calor y convertirse en refrigeradores radiantes nocturnos en verano.
Ninguno de los casos citados se desarrollará en este capítulo. Cada uno de ellos
requiere un extenso estudio para valorar su eficiencia energética. El objetivo de este
capítulo es describir la solución que emplea cubiertas protectoras. Consiste en
proyectar una segunda cubierta que ejerce la función de parasol para proteger la
cubierta que se corresponde estrictamente con el volumen edificado. Esta segunda
cubierta goza de gran libertad proyectual puesto que solo responde a la función de
parasol. El presente capítulo se desarrolla en forma de catálogo gráfico mostrando
diferentes casos paradigmáticos de cubiertas protectoras con función de parasol.
Para valorar con precisión el la eficiencia de cada propuesta, sería necesario el uso de
programas de simulación de la radiación, realizando el cálculo en función de la latitud
correspondiente.
FIG. 58. Casa Shodhan en Ahmedabad (1955-1956). Le Corbusier.
54
FIG. 59. Residencia de la Embajada de los Estados Unidos en Bagdad, Irak.
(1955-1960). Josep Lluis Sert.
FIG. 60. Residencia de la Embajada de los Estados Unidos en Bagdad, Irak.
(1955-1960). Josep Lluis Sert.
FIG. 61. Cas en Itawa, Zambia. Julian Elliot
55
FIG. 62. Centro administrativo en París. Michel Kagan
FIG. 63. Casa en Ampang, Malasia. T.R. Hamzah y K. Yean
FIG. 64. Centro administrativo en Sevilla. G. Vázquez Consuegra.
56
4.5.
La protección del hueco
Más allá de la lectura del comportamiento de las fachadas y de la cubierta frente a la
radiación, el hueco arquitectónico merece un estudio pormenorizado. Su importancia
es capital ya que en caso de quedar expuesto a la radiación su comportamiento es
mucho más sensible. La radiación que atraviesa el hueco calienta directamente el
espacio interior. Además, debido al efecto invernadero, este efecto se multiplica si un
vidrio se interpone en el hueco. Los objetivos para verano e invierno (proteger y
captar) serán los mismos que cuando se aborda la problemática de las fachadas y la
cubierta pero, buscando, si es posible, una mayor eficiencia de las soluciones puesto
que el hueco es más sensible. De nuevo aparece el dilema de cómo plantear una
protección. ¿Si se utilizan lamas, deben ser horizontales o verticales? En cambio el
hueco presenta una gran ventaja respecto a grandes superficies. Debido a su tamaño
controlado es posible plantear protecciones móviles que para que estén presentes en
verano y desaparezcan en invierno.
4.5.1. Protecciones fijas horizontales y verticales
Habiendo ya avanzado en el estudio del comportamiento frente a la radiación, es
innecesario comprobar cómo debería ser la protección de un hueco orientado a sur.
No hay dilema, el recorrido solar será siempre alto y convendrá una protección
horizontal superior. La cuestión delicada siempre gira alrededor de cómo debe ser la
protección de un hueco orientado a oeste o a este. Cabe recordar que, en las dos
orientaciones, el comportamiento es el mismo puesto que el recorrido solar es
simétrico respecto al eje norte sur.
Para abordar la discusión se propone analizar el comportamiento de un hueco de 3x3
metros, orientado a oeste, sobre el que se dispone la misma protección de lamas
variando tan solo su posición, en horizontal (fig. 65 y 67) o en vertical (66 y 68). La
disposición de las lamas es cada 30cm y sobresalen del plano del hueco 30cm.
Los cálculos de radiación se realizan para los dos periodos de estudio, el verano y el
invierno. De este modo es posible discutir cual es la solución óptima abordando la
complejidad del caso, sin correr el riesgo de dar una respuesta sesgada.
También, se añade la valoración de caso sin ninguna protección. De este modo es
posible comentar en términos de porcentaje de radiación recibida en relación en un
caso hipotético sin ninguna protección.
Para facilitar la comparación, dos gráficos con diagramas de barras presentan los
resultados. El primero ofrece los valores absolutos de radiación recibida (fig. 69) y el
segundo los valores en porcentaje de radiación recibida respecto a la situación sin
protección (fig. 70).
57
Fig. 65. Radiación solar recibida por un
hueco orientado a oeste protegido con
lamas horizontales, en verano
Fig. 66. Radiación solar recibida por un
hueco orientado a oeste protegido con
lamas verticales, en verano
Fig. 67. Radiación solar recibida por un
hueco orientado a oeste protegido con
lamas horizontales, en invierno
Fig. 68. Radiación solar recibida por un
hueco orientado a oeste protegido con
lamas verticales, en invierno
58
FIG. 69. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por una
superficie orientada a oeste, con protección de lamas, en Barcelona, en las estaciones
de verano y de invierno.
2500
2000
2044
1500
horizontal
1315
vertical
1000
sin
822
500
561
295
137
0
verano
invierno
FIG. 70. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida por una superficie
orientada a oeste, con protección de lamas, en Barcelona, en las estaciones de verano
y de invierno.
120
100
100
100
80
horizontal %
60
64
vertical %
sin %
40
36
20
27
17
0
verano
invierno
El beneficio de la protección horizontal es netamente superior al de la protección
vertical. En verano la radiación recibida es inferior, 27% de la posible frente a 36%.
Aunque, es en invierno cuando el beneficio es descaradamente superior. Cuando la
radiación es deseada se recibe un 64% de la posible frente a 17%. La protección
horizontal deja acceder gran parte de la radiación mientras que la vertical interrumpe
prácticamente la totalidad.
59
4.5.2. Elementos móviles de protección solar
Hasta este capítulo se ha abordado el tema de control de la radiación con elementos
fijos. El diseño, en estos casos, requiere acertar la posición de los elementos para
permitir la protección en verano y la captación en invierno.
Los elementos móviles, aparentemente, facilitan el control de la radiación. En verano,
están presentes para proteger y, en invierno, desaparecen para facilitar la captación.
El movimiento, el material, la composición y la posición (interior o exterior) del
elemento dan lugar a gran cantidad de soluciones arquitectónicas, no todas resueltas
con el mismo éxito.
La dificultad principal del diseño de una protección móvil es conseguir que se convierta
en filtro y no en barrera. O, más concretamente, resolver la protección de la radiación
en verano sin anular cualquier otro intercambio. Las soluciones que provocan
interiores oscuros, o las que anulan la vista del exterior, no son las acertadas.
FIG. 71. Persianas batientes en una fachada este de Marsella.
FIG. 72. Cortinas interiores en la villa Savoye. Le Corbusier.
60
FIG. 73. Casa Wiley en New Canaan, Connecticut. Philip Johnson
FIG. 74. Diafragmas de la fachada sur del Instituto del Mundo Árabe,
París. Jean Nouvel
Las figuras 71 a 74 muestran cuatro opciones de protección móvil diferentes entre sí.
La persiana de Marsella (fig. 71) es un caso singular de la persiana mediterránea, al
ser batiente de eje superior. En este caso, abierta permite una iluminación natural más
abundante y una visión total del exterior.
61
La villa Saboye (fig. 72) es un caso paradigmático del movimiento moderno. La pureza
de la forma blanca y la “fenêtre en longueur” niegan la posibilidad de persianas
exteriores. Las cortinas blancas son el recurso escogido, tan vez forzosamente, para el
control solar. Si se extiende dejarán pasar la luz pero negarán la visión del exterior.
Recogidas contradicen la visión apaisada del exterior a través de grandes vanos
horizontales. El exterior aparece de nuevo fragmentado como cuando se produce una
repetición de ventanas.
La casa Wiley (fig. 73) es asimilable a la arquitectura de pabellones de vidrio de Mies
Van der Rohe. Ideológicamente, las protecciones móviles contradicen la voluntad de
transparencia del vidrio. Pero, en este caso, los toldos blancos exteriores respetan el
modulado de la carpintería y forman parte del conjunto de la composición. Además, la
aparente inclinación de los toldos mejora la protección sin necesidad de que
desciendan hasta el nivel del suelo.
Los diafragmas diseñados por Jean Nouvel (fig. 74) son un recurso preciosista de
control de la radiación. Aluden a la tradición musulmana y a la modernidad más
mecanicista. Técnicamente se diseñaron para regular su apertura en función de la
iluminación interior que se pretendía. Teniendo en cuenta que el nivel de iluminación
exterior cambia con enorme facilidad, los diafragmas deberían estar en constante
movimiento. Los mecanismos se suelen detener debido a las dificultades de
mantenimiento que provoca el movimiento constante de las piezas. En este caso, la
protección deja de ser móvil y versátil. Otra consideración es que los diafragmas
tienen poca profundidad, con lo cual, es obligado el cierre total de los diafragmas si se
pretende interrumpir toda la radiación. Un interior oscuro es la consecuencia inevitable.
En este caso, los diafragmas dejan de ser filtros para convertirse en barreras.
4.6.
Espacios intermedios con función térmica reversible
4.6.1. Invernaderos convertibles en umbráculos
Hasta este capítulo, el control de la radiación, compatibilizando la protección en verano
y la captación en invierno, se ha abordado desde la manipulación de la superficie
envolvente que separa el interior del exterior. El objetivo se conseguía desde el
modelando la forma o de las protecciones solares superficiales. Tan solo en el capítulo
vinculado a la captación solar se había citado una estrategia de control que deja de ser
superficial para convertirse en espacial: el invernadero.
En el capítulo actual el invernadero vuelve a ser sujeto de la explicación. El objetivo
es destacar que no tan solo puede actuar como elemento de captación en invierno. En
verano, si su perímetro exterior es practicable, el espacio puede ventilarse para evitar
que se sobrecaliente. Al mismo tiempo, sirve de elemento de protección de la fachada
a la que se adosa. La diferente altitud del recorrido solar según las estaciones jugará a
favor de objetivo buscado. La poca altura del sol en invierno provoca que la radiación
penetre hasta las zonas más profundas del espacio. En cambio, en verano, la mayor
altura del sol impide la penetración profunda de la radiación evitando que el
invernadero se sobrecaliente. En esta situación diremos que el invernadero se
convierte en umbráculo.
Este recurso formalizado por ejemplo, en forma de tribuna o galería para acondicionar
las viviendas del Ensanche Barcelonés, encuentra también su aplicación en la vivienda
en Vallromanes proyectada por Rafael Serra (fig. 75 y fig. 76).
62
En la
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de
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alta de la seccción facilitta la evaccuación de
el aire caliente para evitar pos
sibles
sobre
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entos.
FIG. 75. Viviend
da en Vallro
omanes. Ra
afael Serra. Planta y se
ección.
FIG. 76. Viviend
da en Vallro
omanes. Ra
afael Serra. Vistas del exterior
e
y de
el interior.
63
5. Sistemas de captación solar en invierno
5.1.
Principios y clasificación de los sistemas especiales de captación
Los sistemas de captación son aquellos conjuntos de componentes de un edificio que
tienen como función captar la energía de la radiación solar y transferirla al interior en
forma de calor. Se llaman normalmente "sistemas pasivos de energía solar" para
diferenciarlos de los "sistemas activos de energía solar", que son los que consumen
energías auxiliares para mejorar su rendimiento, con mecanismos que incrementan la
circulación de los fluidos que transportan el calor captado de la radiación solar.
Los sistemas captadores se caracterizan por su rendimiento a la captación y por su
factor de retardo. El rendimiento a la captación (r) es la relación entre la energía que
penetra en el ambiente interior y la energía radiante incidente, mientras que el factor
de retardo (f) expresa la uniformidad en el tiempo de la penetración de la energía en el
ciclo de 24 h, como relación entre la energía que entra en horas sin radiación (noche)
y la que entra como media diaria de las 24 h del ciclo.
Ciertos sistemas de captación son destacables. Es de utilidad sistematizar el estudio
de los sistemas, abordando cuestiones como sus principios de funcionamiento, las
recomendaciones de optimización, y la valoración en términos de rendimiento y de
factor de retardo.
5.1.1. Sistemas captadores directos
Son aquellos sistemas de climatización natural donde la energía radiante penetra
directamente en el ambiente interior que se quiere acondicionar.
Principios de funcionamiento:
La radiación solar atraviesa superficies transparentes a la radiación de onda corta,
como es el caso del vidrio de ventanas o lucernarios. Una vez ha penetrado es
absorbida por las superficies interiores y las calienta. La energía térmica acumulada se
cede al ambiente con retardo y amortiguación, por convección y radiación de onda
larga, siendo esta radiación del tipo que no atraviesa el vidrio. La masa térmica en
contacto con las superficies del interior sirve para reducir las oscilaciones de la
temperatura del aire.
Recomendaciones de optimización:
En los sistemas directos se recomienda el uso de aislamiento móvil en las aberturas,
para mejorar el aislamiento nocturno del edificio, que es en general demasiado bajo si
existen grandes superficies de vidrio.
Valoración de su eficiencia:
Los sistemas directos tienen unos rendimientos a la captación (r) variables entre 0,4 y
0,7, según el tipo de vidrio, las carpinterías y el grado de limpieza. El factor de retardo
(f) es prácticamente nulo. Los valores típicos son: r = 0,55 y f = 0.
64
5.1.2. Sistemas captadores semidirectos
Son aquellos donde, entre el ambiente interior y el exterior, se interpone un espacio
que capta la energía solar.
Principios de funcionamiento:
Este espacio intermedio o invernadero tiene una alta capacidad para captar
radiación y por lo tanto, unas condiciones térmicas medias mayores que las del
exterior, con una oscilación de temperaturas muy acentuada. La radiación que penetra
en el invernadero es absorbida dentro del mismo, se convierte en calor y se puede
ceder al ambiente interior por conducción o por convección.
Recomendaciones de optimización:
La gran variación temporal de las temperaturas de este espacio intermedio permite
que, en ciertos momentos, su nivel energético sea más alto que el interior y se pueda
realizar voluntariamente la transferencia por convección mediante aberturas. Además,
los valores medios de las temperaturas pueden ser suficientemente altos como para
permitir la transferencia amortiguada a través de un muro separador. El espacio
intermedio o invernadero puede ser temporalmente habitable y actuar como una
prolongación del espacio interior.
Valoración de su eficiencia:
Estos sistemas semidirectos tienen rendimientos (r) variables entre 0,12 y 0,30,
dependiendo básicamente de su forma (conveniente que sea lo más compacta
posible) y del sistema de comunicación con el interior (mejor rendimiento si es con
aislamiento móvil). Su factor de retardo (f) es bajo, alrededor de 0,3, si la
comunicación con el interior básicamente es por convección y más alto, cercano a 1, si
la transferencia se hace a través de muros separadores poco perforados y con inercia.
Los valores típicos son: r = 0,18 y f = 0,4.
5.1.3. Sistemas captadores indirectos
Son aquellos en los que la captación se hace mediante un elemento acumulador que
almacena energía, para ceder posteriormente el calor al ambiente interior.
Principios de funcionamiento:
La radiación, después de atravesar un vidrio, es absorbida y se acumula como calor
en un elemento opaco de gran capacidad térmica. Desde este elemento se cede al
ambiente interior como radiación de onda larga y por convección superficial y en el
proceso se produce un retardo y una amortiguación de la oscilación de temperaturas.
La pérdida de energía del sistema hacia el exterior puede reducirse con aislamientos
móviles y vidrios dobles.
Valoración de su eficiencia:
Los sistemas indirectos tienen, en general, rendimientos (r) entre 0,15 y 0,28, mientras
que los factores de retardo (f) más habituales están situados entre 0,7 y 1,1.
65
Clasificación de los sistemas indirectos:
Podemos clasificarlos en sistemas indirectos por fachadas, por cubierta o por suelo,
según la situación del elemento de acumulación de calor.
El muro invernadero o de inercia es un sistema indirecto por fachada, que tiene un
elemento de acumulación vertical, protegido por un cristal y acabado con una
superficie selectiva cálida o de color oscuro. Este elemento puede ser un muro
construido de obra de fabrica de ladrillo, hormigón o piedra, con gruesos de 30 a 40
cm. Esta gran masa retarda unas 12 h el máximo aporte de energía térmica al interior
del edificio. Los valores típicos son: r = 0,18 y f = 1,05.
El muro Trombe es un caso particular del anterior, donde se añaden unas
perforaciones en la parte superior e inferior del muro para comunicar la cámara de aire
que hay entre el vidrio y el muro con el ambiente interior. Con esto se aumenta la
cesión de calor, por termocirculación en el circuito de aire resultante, que además
puede controlarse. Se puede evitar la termocirculación invertida de noche, colocando
postigos manuales o automáticos en los orificios del muro. Esta circulación invertida
también se puede evitar prolongando la cámara exterior por debajo del nivel del
pavimento interior y haciendo los orificios en este nivel, ya que con ello se produce el
efecto sifón. Los valores típicos son: r = 0,27 y f = 0,8.
El muro de agua es un tipo de muro invernadero con la pared formada por
contenedores de agua, que almacenan la energía que entra y la ceden por radiación y
convección, prácticamente sin retardo, pero con una fuerte amortiguación de su
oscilación temporal. Si además existen huecos entre los depósitos que forman el
muro, también existe termocirculación de aire caliente que aumenta el rendimiento y
reduce el amortiguamiento. Se utilizan unos 200 litros de agua por metro cuadrado de
captación. Los valores típicos son: r = 0,22 y f = 0,7.
Los sistemas indirectos por techo son los que tienen un elemento de acumulación
horizontal en la cubierta, que capta la radiación y la cede al interior.
El caso más habitual es la cubierta de agua o cubierta estanque, que está realizada
con bidones o sacos de plástico transparente llenos de agua, sobre un forjado pintado
de color oscuro y buen conductor del calor. La masa de agua se utiliza como almacén
de calor, captando en invierno la radiación solar para remitirla hacia el ambiente
interior. En verano el sistema puede refrigerar, enfriándose durante la noche por
emisión de radiación hacia el cielo.
Son sistemas con bajo rendimiento a la captación de la radiación de invierno, que llega
con un ángulo desfavorable. Por este motivo son aconsejables en regiones de baja
latitud, donde mejora el ángulo de incidencia y además puede ser interesante usarlos
también en verano. Como variante en latitudes altas pueden usarse aberturas
inclinadas o verticales en una sobrecubierta que protege la acumulación. En todo caso
es interesante utilizar aislamiento móvil, de noche en invierno y de día en verano.
La energía acumulada en la cubierta pasa al interior por conducción atravesando el
forjado, con retardo y reducción de oscilación. Del forjado al ambiente la cesión es
únicamente por radiación, de forma que se reduce el rendimiento del sistema en
funcionamiento invernal. Los valores típicos son: r = 0,12 y f = 1.
66
Los sistemas indirectos por suelo son aquellos que tienen un elemento captador y
acumulador de la energía solar, que está situado bajo el suelo del ambiente interior
que se pretende acondicionar.
Este elemento captador y acumulador acostumbra a ser un depósito de piedras o
agua, con una alta masa térmica, cuidadosamente aislado y que capta la energía
radiante por una superficie orientada hacia el Sur.
La energía solar pasa desde la superficie de captación al interior del depósito por
convección natural del aire o del agua. La cesión de energía al ambiente interior en el
caso más directo se hace desde el suelo, por convección superficial y radiación de
onda larga y se produce un cierto retardo y amortiguación de la oscilación.
También se puede mejorar el rendimiento y el control mediante un circuito de
convección directa, haciendo pasar el aire del interior por el acumulador térmico,
donde se calienta y se cede al ambiente mediante aberturas regulables. Los valores
típicos son: r = 0,22 y f = 0,95.
5.1.4. Sistemas captadores independientes
Son sistemas de climatización natural donde la captación de la energía radiante, su
acumulación y su cesión al ambiente interior que se quiere acondicionar, se hacen
mediante componentes que son independientes entre ellos.
Principios de funcionamiento:
La transferencia de calor entre componentes se hace por flujos naturales de aire o
agua, que circulan por conductos que conectan entre ellos los diferentes elementos.
Se pueden incorporar dispositivos de control o regulación a lo largo de estos
conductos.
Recomendaciones de optimización:
Puede incrementarse el rendimiento del sistema y reducirse las secciones de los
conductos utilizando equipos mecánicos para hacer circular los fluidos. Pero esto
representa una dependencia del suministro de energía externa y por lo tanto se trata
de un sistema que puede ser considerado híbrido o activo y como tal siempre
dependiente de dicho suministro exterior de energía.
Valoración de su eficiencia:
Los sistemas independientes pasivos tienen rendimientos r diversos según la
disposición de elementos, los tipos constructivos y su aislamiento, con valores
normales de 0,2 a 0,55. El factor de retardo f es bueno, a causa de que el control
puede ser voluntario, con un valor ponderado de 1,5.
67
5.2.
Comparación del rendimiento y retardo de los sistemas captadores
Después de la explicación teórica de los sistemas y de la enumeración de los
coeficientes característicos, es necesario elaborar un cuadro, acompañado de un
gráfico (fig. 77), que permita la lectura conjunta de las prestaciones de los diferentes
sistemas.
Respecto a los rendimientos, se aprecia que no existen grandes diferencias entre los
diferentes sistemas captadores. Todos rondan un mismo coeficiente (0,2) con la
excepción de los sistemas directos (0,55).
Respecto al factor de retardo, cada grupo de sistemas tiene unos valores
característicos. Todos los indirectos se sitúan entre 0,7 y 1,05. En caso de los
sistemas directos el valor es nulo puesto que no incorporan elementos de almacenaje
en el propio sistema. Los sistemas independientes, que permiten en control manual de
la cesión del aire caliente, gozan del factor de retardo más alto. El invernadero, que
comunica el espacio de captación con el espacio objeto de acondicionamiento, se
caracteriza por un factor de retardo bajo (0,4).
Como es de suponer, la elección de un sistema no depende tan solo de su coeficiente.
Cada situación hará que sea posible la conveniencia de un sistema. La facilidad de
mantenimiento también será criterio de elección. Un muro Trombe y un muro
invernadero son similares en su ejecución material. El muro Trombe tiene un
rendimiento mayor pero requiere mayor mantenimiento debido a la circulación del aire
que facilita que los insectos se instalen en su cámara. Un muro invernadero puede ser
mejor elección aunque su rendimiento sea inferior.
FIG. 77. Comparación de los coeficientes de rendimiento y de factor de retardo
1,50
rendimiento ‐ f. retardo
1,60
1,40
1,20
1,05
1,00
1,00
0,80
0,80
0,60
0,00
0,70
0,55
0,40
0,40
0,20
0,95
0,18
0,18
0,27
0,22
0,12
0,22
0,20
0,00
ventanas muro y invernad
invernad
ero
lucernari
ero
os
muro trombe
directos semidirectos
depósito muro de cubierta indepen
de grava agua
de agua
diente
inferior
indirectos
independientes
rendimiento
0,55
0,18
0,18
0,27
0,22
0,12
0,22
0,20
f. retardo
0,00
0,40
1,05
0,80
0,70
1,00
0,95
1,50
68
5.3.
Comparación en Archisun del efecto térmico de los sistemas captadores
Más allá de la comparación de los coeficientes característicos, es posible comprobar la
eficiencia de los sistemas a través de simulaciones sencillas con el programa
informático Archisun.
El modelo arquitectónico que se utiliza para la comprobación es un espacio de
dimensiones reducidas, 12 m2, asimilable a una habitación. El interior se encuentra
adosado en cinco de sus caras a otros espacios interiores. La U de los elementos
separadores entre interiores es de 0,36. Tan solo existe una fachada exterior donde se
pondrá en relieve el uso de los sistemas captadores. La fachada exterior se orienta a
sur. La U de la parte opaca es de 0,75 y de la parte vidriada de 3,08.
En la fachada exterior se combinan los sistemas captadores. En un primer caso, tan
solo se utilizan sistemas directos. A continuación, se combina el sistema directo con el
test de diferentes sistemas indirectos. Se realizan los cálculos siguiendo dos posibles
reparticiones de superficie de los sistemas. En primer lugar, 40% de sistema indirecto
y 60% de sistema directo. En segundo lugar, una repartición equivalente, 50% cada
sistema. No se evalúan sistemas que no formen parte de las fachadas. Tan solo se
recopilan los datos de invierno, estación para la cual se destinan los sistemas.
FIG. 78. Modelo para la evaluación de los sistemas captadores
69
FIG. 79. Resultado de la aplicación de los sistemas captadores al modelo con dos
reparticiones posibles.
20
19,7
18,5
18,1
19,7
17,9
17,3
18,6
18,5
18,1
17,9
15
10
5
3,3
2,3
2,1
2,2
2,2
1,9
1,6
1,8
1,8
ventanas y lucernarios
invernadero
muro invernadero
muro trombe
muro de agua
directos
semidirectos
3,3
0
indirectos
40% Ti invierno
40% δTi invierno
50% Ti invierno
50% δTi invierno
Debido a la poca diferencia entre los coeficientes de rendimiento y de factor de retardo
de los sistemas, su aplicación da lugar a resultados de temperatura interior y de
variabilidad muy similares.
Tan solo se diferencian los resultados del caso en que se aplican únicamente sistemas
directos. Dicho caso, aunque alcanza la temperatura interior más destacada, no sería
el preferible puesto que implica una insatisfactoria variabilidad de la temperatura.
Una reflexión interesante surge de la comparación entre reparticiones de los sistemas
de captación. La situación de equilibrio (50% de sistema directo y 50% de sistema
indirecto) es más desfavorable que la situación en que se privilegia el sistema directo
(60% de la superficie). Tanto la temperatura interior como la variabilidad mejoran. Las
diferencias en este modelo arquitectónico son de hasta 0,8 grados en el caso de la
temperatura interior y de hasta 0,5 grados en el caso de la variabilidad de temperatura.
70
6. Ventilación en verano: movimiento y tratamiento del aire
6.1.
Orientación de la forma según los vientos favorables
Si bien en invierno los vientos se caracterizan por su intensidad y frialdad, en verano,
las brisas son favorables y es imprescindible incorporarlas en el diseño arquitectónico
que evita el acondicionamiento artificial.
Una acertada toma de datos es fundamental para identificar la procedencia de las
brisas deseadas. Especialmente, cuando se proyectan edificios en altura ya que, en
este caso, es más difícil incorporar elementos de corrección del entorno para
reconducir las brisas a nuestro favor.
Clarificada la procedencia de los vientos, la forma óptima en el caso de un volumen
aislado es la alargada situada en transversal respecto a la dirección de los vientos. De
este modo, se ofrece gran superficie de exposición a las brisas y se limita la
profundidad para facilitar que atraviesen los interiores.
Más complejo es el caso de las ordenaciones urbanas. La repetición de volúmenes da
lugar a la canalización del aire o a desviaciones debido a efecto barrera. Estas
alteraciones del viento pueden ser utilizadas en favor de una ventilación deseada. V.
Olgyay, en Arquitectura y clima, destaca dos casos ilustrativos de la buena práctica de
la reconducción urbana de las brisas (fig. 80 y 81).
FIG. 80. Penetración de la brisa veraniega en un conjunto residencia. Nueva York
FIG. 81. Aprovechamiento de las brisas veraniegas
71
6.2.
La experimentación publicada por Olgyay
Los experimentos publicados por V. Olgyay, en su libro Arquitectura y clima, fueron
realizados en un túnel de viento bidimensional, con maquetas fabricadas en plexiglás.
Las líneas que indican la corriente son huellas de humo del queroseno entrado en el
túnel, por el lado izquierdo, a través de varias mangueras. Las líneas suaves y
continuas indican el flujo laminar. La distancia entre las líneas de la corriente tiene una
relación directa con la velocidad del aire. Aquellas zonas en las cuales las líneas están
muy juntas indican altas velocidades y áreas de baja presión; en las que la separación
es mayor, la velocidad es más reducida y señalan zonas de alta presión.
Una vivienda situada en una corriente de aire disminuye la velocidad del mismo y lo
acumula en su lado más expuesto, originando un área de presión relativamente alta. El
movimiento del aire que rodea una edificación crea zonas de baja presión en los lados
adyacentes a la fachada de mayor exposición. A sotavento se producirá una zona de
sombra de viento con baja presión. Esta sombra de viento se llenará de aire
gradualmente, de forma tal que, a una distancia aproximada del doble de la altura del
edificio, el aire se encuentra en reposo. A partir de allí, y fluyendo hacia y desde el
edificio, el viento recuperará su velocidad original a una distancia de aproximadamente
siete veces la altura de la construcción. Los modelos de movimiento de aire creados
alrededor de la vivienda vienen determinados por la geometría de la edificación y son
independientes de la velocidad del viento. La sección vertical del modelo de viento es
similar a la envolvente mostrada en estos gráficos, donde los signos positivos y
negativos indican las zonas de altas y bajas presiones.
FIG. 82. Modelo de movimiento de aire alrededor de un edificio
FIG. 83. Modelo de movimiento de aire en la sección de un edificio
72
Las diferencias de presión en el lado expuesto y a sotavento contribuyen al
movimiento de aire en el interior del edificio. El emplazamiento de las aberturas es
más eficaz si se colocan las entradas en las zonas de alta presión y las salidas en
las de baja. La proporción de intercambio de aire se encuentra regida por las
diferencias de presión y por la eficacia de las aberturas expuestas.
FIG. 84. Para recibir los movimientos de aire, una casa debe tener una abertura de
entrada (preferiblemente situada don de la presión es positiva) y un salida (donde
es negativa o de succión). En este ejemplo falta una de dichas aberturas, por lo
tanto no se produce movimiento de aire en el interior.
FIG. 85. El máximo flujo de aire se produce cuando grandes aberturas de igual
tamaño se sitúan en las fachadas opuestas. Véase la considerable cantidad de
flujo de aire a mayor velocidad que la que fluye en el exterior del edificio
73
Es obvio que no se producirá movimiento de aire en el interior en aquellas
estructuras que carecen de salidas. De forma similar, resulta evidente que grandes
aberturas situadas en extremos opuestos y colocadas en las zonas de alta y baja
presión, respectivamente, proporcionarán el máximo intercambio de aire en el
interior del espacio. Sin embargo, para el período de verano, la velocidad del aire
es más importante que la cantidad de aire intercambiado. Utilizando pequeñas
aberturas de entrada, se produce el “efecto Venturi”, asegurando velocidades
máximas del aire en el interior de la construcción. Nótese el incremento de las
líneas de velocidad en el interior del edificio comparadas con la velocidad del
viento exterior.
FIG. 86. La mayor velocidad se produce cuando se combina una entrada de aire
pequeña con una salida de gran tamaño. Obsérvese cómo la mayor velocidad del
aire se produce justo después de la abertura.
FIG. 87. La combinación de una abertura de gran tamaño para la entrada de aire
con una pequeña para la salida produce un incremento de las velocidades en
exterior del edificio, como consecuencia, el efecto refrescante se pierde.
74
6.3.
Clasificación de sistemas especiales de ventilación
6.3.1. Sistemas generadores de movimiento de aire
Son componentes de un edificio que fuerzan el paso del aire y por lo tanto su
movimiento por el interior del edificio, mediante el efecto de depresiones o
sobrepresiones que se generan. Estos sistemas de ventilación se caracterizan por el
caudal de aire que hacen entrar o salir de un edificio, que renueva el aire interior y
puede refrigerar a los ocupantes con el movimiento de aire que genera. Sus efectos se
valoran a partir de las renovaciones horarias del aire (rh) que se fuerzan, estas rh
significan una velocidad del aire interior (vi), que se mide en metros por segundo. Las
renovaciones horarias se calculan en metros cúbicos por hora y por metro cúbico de
volumen habitable.
Ciertos sistemas generadores de movimiento de aire son destacables. Es de utilidad
sistematizar el estudio de los sistemas, abordando cuestiones como sus principios de
funcionamiento, las recomendaciones de optimización, y la valoración de su eficiencia.
Ventilación cruzada
Principios de funcionamiento:
Es el primero y más sencillo de los sistemas para mover el aire. Consiste en favorecer
el movimiento de aire de un espacio o de una sucesión de espacios asociados,
mediante la colocación de aberturas que abren hacia dos fachadas opuestas.
Recomendaciones de optimización:
Las aberturas se deben situar en fachadas que estén en comunicación con espacios
exteriores con condiciones de radiación o de exposición al viento que sean muy
diferentes.
Valoración de su eficiencia:
Los valores típicos generados por una ventilación transversal son de 8 a 20
renovaciones horarias (rh), en presencia de un viento débil en el exterior.
Extracción de aire por efecto chimenea
Principios de funcionamiento:
Otro sistema que genera un movimiento de aire interior es el efecto chimenea, que se
produce al crear una extracción de aire por unas aberturas que hay en la parte
superior del espacio, conectadas a un conducto de extracción vertical. La propia
diferencia de densidad del aire, en función de la temperatura hace que el aire caliente
menos denso salga por estas aberturas superiores.
Este sistema siempre se ha de completar con la presencia de aberturas inferiores para
la entrada de aire más frío, de mayor densidad, para poder asegurar su buen
funcionamiento.
75
Recomendaciones de optimización:
Es un sistema útil para evitar la estratificación del aire caliente en la parte superior de
los ambientes interiores. En espacios con gran conexión vertical es muy fácil que se
produzca esta molesta estratificación, que puede evitarse si se han previsto las salidas
de extracción. Sin embargo, si no se han previsto desde el inicio, el aire caliente queda
acumulado en la parte superior del espacio habitable y ello representa un problema de
solución difícil.
Valoración de su eficiencia:
La ventilación que genera este sistema no es muy alta, ya que las renovaciones
horarias (rh) a la que se puede llegar no acostumbran a superar valores de 4 a 6.
Si la temperatura en el exterior es alta, no se genera una buena extracción por efecto
chimenea. Para que funcione correctamente debe existir una diferencia de
temperatura entre el aire caliente que está en la parte más alta del espacio habitable y
el aire exterior.
Extracción de aire por cámara solar
Principios de funcionamiento:
El funcionamiento de este sistema consiste en calentar el aire que hay dentro de una
cámara con un captador de color oscuro protegido por una cubierta de cristal. Al
calentarse el aire y disminuir su densidad, se produce un efecto de succión en las
aberturas inferiores que están en contacto con el ambiente interior y por lo tanto una
extracción del aire interior hacia el exterior.
Recomendaciones de optimización:
Las cámaras solares se orientan siempre hacia la máxima intensidad de la radiación
solar. Según la latitud puede ser aconsejable tanto la orientación a Sur, como hacia
arriba, como la Este y Oeste combinadas, de acuerdo también con el horario de
utilización previsto.
Algunos sistemas captadores, como el muro Trombe, pueden utilizarse en verano para
generar ventilación, si se invierte el sentido del flujo de aire. Esto se consigue abriendo
hacia el ambiente exterior las aberturas que hay en la parte alta de la cámara y hacia
el interior las aberturas inferiores.
Valoración de su eficiencia:
Estos sistemas solares no crean una ventilación demasiado alta, ya que acostumbra a
dar unos valores de renovaciones horarias (rh) entre 5 y 10 volúmenes por hora. Pero
tienen otras ventajas importantes, como el hecho de que pueden combinarse
fácilmente con los sistemas de tratamiento de aire, o que el rendimiento del sistema
aumenta con la intensidad de la radiación y por lo tanto es más efectivo cuanto más
calor hace y más necesario es.
76
Sistemas de aspiración estática
Principios de funcionamiento:
Otros sistemas para generar movimiento de aire en el interior son los aspiradores
estáticos, que también fuerzan una extracción de aire del ambiente interior que,
juntamente con una entrada de aire de renovación, crean este movimiento. Estos
aspiradores producen una depresión en el aire interior de un edificio debida a la
succión producida por un dispositivo estático adecuado situado en la cubierta, donde
al pasar el viento se produce un efecto Venturi, que es el que crea la aspiración.
Como todos estos sistemas que, de una manera u otra, favorecen o fuerzan la salida
de aire interior, esta extracción se completará con una entrada de aire, situada en la
parte inferior del circuito, para asegurar el funcionamiento correcto.
Recomendaciones de optimización:
Existe una gran variedad de tipos de aspiradores estáticos, tanto por lo que respecta a
su tamaño, que permite adaptarlos a muchas cubiertas, como por lo que respecta a las
formas en las que se fabrican.
Son sistemas de ventilación que pueden utilizarse en climas templados y cálidos, para
favorecer la refrigeración, pero deben ser zonas con vientos constantes si queremos
que tengan utilidad real.
Valoración de su eficiencia:
Los caudales de extracción son muy variables, ya que dependen tanto de los tipos de
dispositivos escogidos como de la intensidad del viento. En presencia de vientos de
una cierta intensidad es fácil generar renovaciones horarias (rh) superiores a 10
volúmenes por hora.
6.3.2. Sistemas de tratamiento de aire
Son componentes de un edificio que permiten que un determinado caudal de aire de
ventilación se ponga en contacto con superficies con unas condiciones más favorables
y como resultado que, el aire resultante mejore sus condiciones iniciales.
Estos sistemas se caracterizan por el cambio que producen en las condiciones del aire
que entra al ambiente interior, normalmente la temperatura o la humedad del mismo.
Los más habituales son los que favorecen la evaporación del agua en la corriente de
aire. Este efecto de refrigeración evaporativa se basa en el principio de que un líquido
cualquiera, al evaporarse y por lo tanto pasar de estado líquido a gas, roba energía del
aire con el que está en contacto. Esta evaporación del agua de la superficie comporta
también que el aire aumente su contenido de vapor de agua. En el caso de un
ambiente muy húmedo, el aire tiene poca capacidad de aumento de su contenido de
agua y por lo tanto la evaporación es más pequeña. Por ello, no se desarrollan las
especificidades de estos sistemas en el presente estudio, ya que en el clima
mediterráneo litoral la humedad es muy alta y estos sistemas serían poco efectivos.
En climas extremados sería interesante combinar el sistema de evaporación con otras
formas de tratamiento, como el aprovechamiento de la inercia del terreno en sistemas
subterráneos. En la mayoría de los casos este sistema aprovecha la inercia del terreno
77
para suministrar aire frío en tiempo cálido, mediante el contacto del aire de ventilación
con el terreno dentro del sistema de conductos subterráneos.
Es un sistema adecuado en climas que tengan grandes oscilaciones térmicas. Los
conductos situados a gran profundidad (entre 6 y 12 metros según el tipo de terreno),
pueden llegar a encontrar una masa térmica que está a temperatura prácticamente
constante durante todo el año. No se desarrollan las especificidades de estos sistemas
en el presente estudio, ya que en el clima mediterráneo litoral la oscilación térmica no
es tan grande y estos sistemas no serían tan efectivos.
6.4.
Comparación de las renovaciones/hora de los sistemas de movimiento
Después de la explicación teórica de los sistemas de movimiento de aire, es necesario
un cuadro resumen que permita comparar las prestaciones. Las renovaciones/hora
(rh) son el parámetro objetivo para valorar la eficiencia de los sistemas (fig. 88).
La ventilación cruzada es el sistema que ofrece mejores prestaciones. En cambio, los
márgenes en que se mueve son muy amplios. Ello quiere decir que será necesario un
empleo óptimo del sistema para lograr los valores más altos de renovaciones.
FIG. 88. Cuadro comparativo de las renovaciones/hora
de los sistemas de movimiento de aire
sistemas generadores de movimiento
rh
ventilación cruzada 8 a 20
extracción por efecto chimenea 4 a 6
extracción por cámara solar 5 a 10
aspiración estática 10
entrada de aire por torre de viento 3 a 6
6.5.
Comparación de los efectos térmicos del movimiento en la fórmula del
balance
Más allá de comparar el coeficiente de renovaciones/hora de cada sistema, lo
fundamental es valorar el efecto térmico que provocan. La propuesta de este capítulo
es analizar este efecto utilizando un modelo arquitectónico (fig. 89). Sus características
son idénticas a las del modelo utilizado en el capítulo de evaluación de los sistemas de
captación. En este caso, las soluciones de fachada no son variables. Se trabaja con
tan solo la primera casuística, en la cual, todo el sistema de captación es directo.
Lo fundamental en este caso es el valorar el efecto de diferentes coeficientes de
renovación de aire en el verano. El modelo de cálculo utilizado es el de fórmula del
balance enunciada por R. Serra y H. Coch en El disseny energètic a l’arquitectura.
Dicha fórmula contempla las renovaciones/hora como una variable. La temperatura
interior será el resultado del cálculo utilizando los siguientes valores de renovaciones:
0, 5, 10, 15 y 20.
78
FIG. 89. Modelo para la evaluación de los sistemas de movimiento de aire
FIG. 90. Resultado de la aplicación de los sistemas de movimiento de aire
31,00
30,50
30,00
29,00
27,69
28,00
27,04
27,00
26,75
26,59
26,00
25,00
24,00
23,00
0 rh
5 rh
10 rh
15 rh
20 rh
Te
26,00
26,00
26,00
26,00
26,00
Ti
30,50
27,69
27,04
26,75
26,59
La lectura del gráfico evidencia que el descenso más notable de la temperatura interior
(30C) se produce en el paso de 0 a 5 renovaciones/hora. A medida que aumenten las
renovaciones/hora menor será su efecto. Por tanto, es correcto concluir que las
renovaciones del aire son vitales para lograr el beneficioso descenso de la
temperatura en verano; en cambio, conseguir un elevado número de renovaciones no
será tan importante para apreciar su efecto.
79
7. Ventilación en invierno: conservación, renovación y tratamiento del aire
7.1.
Conservación del aire caliente
7.1.1. Barreras contra los vientos desfavorables
Como hemos visto, la acción del viento sobre los edificios tiene repercusiones directas
e indirectas acerca de las condiciones del ambiente interior. Por una parte, el viento
influye en el microclima que envuelve las construcciones; por otra, actúa en los
cerramientos de los edificios incrementando las pérdidas de calor hacia el exterior de
las superficies sobre las que incide y, por último, penetrando por las aberturas y
rendijas, genera movimientos y renovación del aire interior. Con todo, no solo cambian
las condiciones del interior, sino que también afecta directamente al bienestar térmico
de los ocupantes, que notan en sus cuerpos el efecto del aire en movimiento.
Por ello, las barreras que protejan de los vientos fríos de invierno servirán de ayuda
para limitar las pérdidas de calor y favorecer la conservación del aire caliente.
Identificar la procedencia de los vientos desfavorables es indispensable para plantear
las barreras. Sin que sirva de regla inalterable, en general, se deberán plantear
barreras hacia el norte. En cambio, la supresión de las barreras hacia el sur será casi
siempre favorable, ya que los efectos naturales que vienen de esta orientación, en
nuestro clima y hemisferio, suelen ser beneficiosos. Afortunadamente, este frecuente
planteamiento de las barreras contra el viento, coincide con las estrategias que
vinculan radiación y orientación. La fachada sur es la que pretende la captación y debe
estar libre de barreras, y la fachada norte, que no recibe radiación, debe ser la más
protegida.
Las barreras pueden ser elementos naturales, construidos o vegetales. Como norma
general y para un viento típico, con cualquiera de los tipos de barreras, la intensidad
del viento queda reducida a la mitad hasta una distancia de diez a quince veces la
altura de la barrera, siempre dependiendo de la forma de la misma.
7.1.2. La hermeticidad de las partes transparentes
Además del aislamiento, también resulta importante limitar las penetraciones de aire
exterior y las consecuentes pérdidas de aire caliente interior. Esto significa conferir
estanqueidad a los cerramientos de las aberturas practicables, como puertas y
ventanas. Sin embargo, esta reducción de pérdidas de calor por ventilación tiene sus
límites y muchas veces no es prudente extremar dicha estanqueidad.
La hermeticidad de las carpinterías es una de las principales medidas utilizadas en
proyectos de rehabilitación. Es frecuente la substitución de viejas carpinterías de
madera de baja hermeticidad, por carpintería de aluminio o PVC que resuelven la
estanqueidad con diferentes gomas de unión y que, gracias al diseño de la sección del
perfil, aportan soluciones de rotura del puente térmico.
Archisun incorpora el parámetro de la hermeticidad vinculado a las partes
transparentes. El siguiente capítulo pone a prueba su manipulación.
80
7.1.3. Comparación de una alta o baja hermeticidad con Archisun
Archisun define el coeficiente de hermeticidad como el que determina las infiltraciones
que se producen por las juntas de las perforaciones de los elementos practicables,
siendo la relación entre la superficie de las filtraciones y la superficie total de los
cerramientos (en tanto por mil).
El modelo arquitectónico utilizado en otros capítulos (fig. 89) es conveniente para
someter a estudio el parámetro de la hermeticidad. El espacio, de 12m2, tan solo
disfruta de una fachada que relacione interior y exterior. En ella, la parte transparente
practicable es generosa 8 m2 en relación a los 12 m2 de la fachada. Sobre este
elemento se aplican diferentes grados de hermeticidad y se evalúa la repercusión
térmica en términos de temperatura del interior.
FIG. 91. Resultado de la aplicación de diferentes valores de hermeticidad
20,0
19,5
19,0
18,5
18,0
17,5
17,0
4
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Ti 19,8 19,8 19,8 19,5 19,2 18,9 18,6 18,4 18,2 18,1 17,9 17,8 17,6 17,5
No hay cambios de temperatura interior cuando la hermeticidad se mantiene baja. A
partir de 10 de hermeticidad la temperatura interior cae linealmente. Desciende entre
0,2 y 0,3 grados cada vez el coeficiente aumenta un dos por mil. Con lo cual, ligeras
variaciones de la hermeticidad tienen poca repercusión pero una carpintería que
mejore el doble su comportamiento, puede mejorar 1,5 0C la temperatura interior.
7.1.4. El aislamiento de las partes opacas y vidriadas
En situación de frío, la estrategia principal consiste en conservar el aire caliente del
interior. Es conveniente aislar al máximo los cerramientos, dificultando la pérdida de
calor por transmisión a través de los mismos. Al planificar estos aislamientos resulta
provechoso tener en cuenta las características térmicas del espacio exterior del que
nos separan, distinguiendo y reforzando el aislamiento en las zonas más frías o más
expuestas al viento, aunque sea en detrimento de los cerramientos que conectan con
zonas más protegidas (fachadas orientadas hacia el sur o que dan a un patio interior).
81
7.1.5. Cuantificación de los efectos del aislamiento con Archisun
Cuatro tipos de aislamiento pueden abordarse separadamente por sus características
o por las condiciones a las que se enfrentan. El primero es el aislamiento de las
divisiones que separan el interior de otro espacio interior (adosado), supuestamente,
sometido a condiciones similares a las del espacio estudiado. El segundo es el
aislamiento de las partes que separan el interior del exterior (partes opacas fijas). El
tercero es el aislamiento de las partes vidriadas, que son el punto débil desde el punto
de vista de la transmisión térmica. Finalmente, el cuarto es el aislamiento de las
mismas partes vidriadas en condiciones nocturnas. Durante la noche, los vidrios dejan
de ser sistemas captadores directos para convertirse en elementos de fuga térmica.
Para impedirlo aparecen persianas y otros elementos que, cerrados, reducen las
pérdidas durante la noche.
Tabla XI. Versión inicial y cuatro estrategias de aislamiento.
Aplicadas individualmente (v1, v2, v3 y v4) y conjuntamente (v5)
envolvente
adosado
opaca fija
transp. Noche
K
0,75
0,75
1,67
transp. Día
adosado
opaca fija
transp. Noche
3,08
transp. Día
adosado
opaca fija
transp. Noche
3,08
transp. Día
adosado
opaca fija
transp. Noche
3,08
transp. Día
adosado
opaca fija
3,08
transp. Noche
1,67
transp. Día
adosado
opaca fija
transp. Noche
1,54
transp. Día
1,54
0,36
0,75
1,67
0,75
0,36
1,67
0,75
0,75
0,84
0,75
0,75
0,36
0,36
0,84
versión
Ti
δTi
mejora Ti
inicial
16,9
3,1
-
v1
19,8
3,3
2,9
v2
17,2
3,1
0,3
v3
17,3
3,0
0,4
v4
17,7
3,1
0,8
v5
22,7
3,3
5,8
82
La tabla XI parte de la definición de unos valores de aislamiento convencionales
(versión inicial) que se aplican sobre el modelo arquitectónico utilizado en los capítulos
anteriores (fig. 89). A continuación, se proponen cuatro versiones que mejoran uno de
los cuatro tipos de aislamiento característico. El aislamiento mejorado se destaca en
rojo. En todos los casos, la substitución supone duplicar las prestaciones. Finalmente,
en una última versión, se evalúa la repercusión de todas las mejoras aplicadas
conjuntamente. El gráfico siguiente (fig. 91bis) ilustra conjuntamente los resultados
obtenidos. La variabilidad de la temperatura interior (δTi) no se expresada puesto que
no se aprecian variaciones (alrededor de 3 0C en todas las versiones).
FIG. 91bis. Resultados del beneficio de cuatro estrategias de aislamiento.
Aplicadas individualmente (v1, v2, v3 y v4) y conjuntamente (v5)
Ti
24,0
22,7
23,0
22,0
21,0
19,8
20,0
19,0
18,0
16,9
17,2
17,3
v2
v3
Ti
17,7
17,0
16,0
15,0
inicial
v1
v4
v5
Aplicados separadamente los cuatro tipos de aislamiento, el que resulta más efectivo
para el modelo analizado, es el de las divisiones interiores. El notable aumento de la
temperatura interior se debe, sobre todo, a la gran cantidad de superficie con estas
características (54 m2 de superficie adosada frente a 4m2 de superficie opaca fija y 8
m2 de superficie transparente). Seguidamente, mejorar el aislamiento de las partes
transparente (v4) es la opción más efectiva. Finalmente, mejorando el aislamiento de
la parte opaca (v2) y o el aislamiento nocturno de la parte vidriada (v3), el resultado de
la temperatura interior aumenta levemente respecto a la situación inicial.
La última versión, en que se aplican conjuntamente todas las opciones de aislamiento,
aumenta 5,8 0C la temperatura interior. Lo destacable es que este incremento es
considerablemente superior a la suma de incrementos (4,4 0C) de todas las estrategias
de aislamiento actuando individualmente. Es como si el trabajo en equipo de todas las
estrategias las hiciese mejores a cada una.
A continuación (tabla XII y figura 92), se repite la misma prueba pero eliminando el
parámetro del aislamiento nocturno. Individualmente la aportación de cada cambio es
la misma que en la prueba anterior. Lo curioso es que en este caso, la actuación
conjunta de las estrategias da lugar a un resultado peor (3,3 0C) que si sumamos la
actuación individual de cada estrategia (4,0 0C). Aquí, el trabajo en equipo es peor.
83
Por tanto, se descubre el papel fundamental del aislamiento nocturno. Su aportación,
sumada a la de otras estrategias multiplica el efecto positivo de cada una. La noche
deja de ser el momento en que se malbaratan todas las ganancias del día para
convertirse en el momento en que se plantea una buena conservación de la energía.
Tabla XII. Versión inicial y tres estrategias de aislamiento.
Aplicadas individualmente (v1, v2 y v3) y conjuntamente (v4)
K envolvente adosado opaca fija 0,75
0,75
3,08 0,36
0,75
3,08 0,75
0,36
3,08 0,75
0,75 transp. Día adosado opaca fija transp. Día adosado opaca fija transp. Día adosado opaca fija 1,54 0,36
0,36
1,54 transp. Día adosado opaca fija transp. Día Ti δTi mejora Ti
inicial 16,9
3,1 versión v1 19,8
3,3 2,9 v2 17,2
3,1 0,3 v3 17,7
3,1 0,8 v4 20,2
3,3 3,3 FIG. 92. Resultados del beneficio de tres estrategias de aislamiento.
Aplicadas individualmente (v1, v2 y v3) y conjuntamente (v4)
Ti
21,0
20,2
19,8
20,0
19,0
17,7
18,0
17,2
16,9
Ti
17,0
16,0
15,0
inicial
v1
v2
v3
v4
84
7.2.
Renovación y tratamiento del aire
7.2.1. Evitar la alta humedad de los espacios cerrados
R. Serra en Arquitectura y Climas (1999) el capítulo El clima del aire y de la humedad
sintetiza el efecto de una humedad excesiva en los interiores:
El exceso de humedad acostumbra a ser causa directa de la ausencia de confort. En
condiciones de calor y con aire más o menos inmóvil, la sensación de bochorno
produce una gran incomodidad, sólo mitigable si se consigue generar un movimiento
de aire, capaz de reducir la sensación de calor al incrementar las pérdidas por
convección y la evaporación de la transpiración del cuerpo.
Menos conocido, pero igualmente grave, es el caso en que coincide una temperatura
algo baja con una humedad elevada. En este caso, el humedecimiento de la ropa
produce, en estancias prolongadas, una acusada sensación de frío interior, muy difícil
de combatir. Aunque en este caso la solución obvia es aumentar la temperatura (con
lo que también disminuye la humedad relativa del aire), ésta no es la única solución.
La solución alternativa, o más bien complementaria, consiste en producir una
adecuada ventilación. Aunque en primera instancia esto enfríe más el aire interior, se
produce también un acentuado descenso de la humedad, se secan las ropas y a la
larga aumenta la sensación de bienestar.
Pocas veces este principio se ha comprendido y es frecuente, en invierno, encontrar
interiores con el aire tan cargado de humedad que llega a producirse niebla en el
mismo, aparte de condensaciones sobre todas las superficies frías. En estas
condiciones resulta imposible obtener el bienestar térmico, por mucho que actuemos
sobre la temperatura del aire.
Como muchas de las actividades que se realizan en el interior de un edificio en la
práctica generan humedad y, además, los ocupantes también la desprenden con la
transpiración y la respiración, la solución para combatir su exceso desde el diseño
arquitectónico consiste en facilitar la ventilación.
Por otro lado, en la arquitectura moderna, con techos bajos, ocupaciones elevadas y
cerramientos con frecuencia impenetrables al paso de vapor de agua, esta necesidad
de ventilación se hace todavía más marcada.
7.2.2. Salubridad y requerimientos de renovación de aire
A efectos higiénicos, siempre es necesaria una renovación del aire interior que se
supone viciado. Entre 15 y 30 m3 de aire por hora y por persona son los mínimos
aconsejables a este respecto (aproximadamente 0,5 renovaciones/hora del aire de un
espacio). Además, en un clima húmedo como es el mediterráneo litoral, la renovación
de aire es necesaria para combatir los ya mencionados perniciosos efectos de la alta
humedad interior.
La renovación de aire resulta contradictoria con la estanqueidad si se realiza con frío
del exterior. Por ello, modelos actuales de arquitectura bioclimática como la
Passivhaus, basan su buen resultado en la combinación del aislamiento y de la
estanqueidad con sistemas eficientes de precalentamiento del aire.
85
7.2.3. Tratamiento del aire con ventilación subterránea
La ventilación subterránea es un sistema de tratamiento del aire que consiste en
favorecer la entrada de aire que proviene de conductos enterrados que conducen un
aire exterior, en determinadas condiciones, hacia el interior. En la mayoría de los
casos este sistema aprovecha la inercia del terreno para suministrar aire frío en tiempo
cálido, mediante el contacto del aire de ventilación con el terreno dentro del sistema de
conductos subterráneos.
Es un sistema adecuado en climas que tengan grandes oscilaciones térmicas. Los
conductos situados a gran profundidad (entre 6 y 12 metros según el tipo de terreno),
pueden llegar a encontrar una masa térmica que está a temperatura prácticamente
constante durante todo el año. En este caso la temperatura del terreno siempre tendrá
unas condiciones favorables, ya que en verano el terreno estará más frío que el aire
exterior y en invierno pasará lo contrario.
Como la transmisión de calor del aire a la tierra es muy lenta, se deben utilizar
conductos con unos recorridos subterráneos muy largos para obtener un efecto
apreciable. Por este motivo también es mejor utilizar el sistema en edificios de uso
discontinuo.
Si el aire que tratamos es seco, el rendimiento del sistema puede mejorar si el terreno
está mojado, ya que aumenta su transmisión térmica y a la vez puede enfriarse el aire
evaporativamente.
F.J. Neila, en su libro Arquitectura bioclimática y construcción sostenible, ofrece los
datos característicos de una ventilación subterránea:
“Para las condiciones climáticas de Madrid, un conducto de 30 cm de diámetro de
cemento centrifugado y una longitud de entre 10 y 20 m, enterrado a un profundidad
entre 1,5 y 2,0 m, y por el que circule aire a 2 m/s, al final de su recorrido lo impulsará
a una temperatura unos 5 0C más baja de la que entró. Las limitaciones del sistema las
fijan la necesidad de un espacio exterior en donde enterrar el conducto y la de un
ventilador que impulse el aire a una velocidad estable. Por otro lado, la bajada de la
temperatura del aire, al no ser elevada, obliga a mover un caudal de aire importante, si
se pretende alcanzar una temperatura media confortable en la habitación empleando
únicamente este sistema. Para ello, dado que el conducto no puede ser muy ancho
(no habría un buen contacto entre el aire y el terreno) y que la velocidad no puede ser
muy elevada (obligaría a un recorrido excesivamente largo) es necesario colocar una
batería de múltiples conductos capaces de impulsar suficiente cantidad de aire. Sin
embargo, es preferible utilizar una combinación de sistemas que se complementen,
como por ejemplo utilizar el aire enfriado por los conductos como el aire necesario
para la ventilación cruzada que, al tiempo que evitará la entrada de aire caliente por
alguna ventana eliminará el sobrecalentamiento.”
86
Conclusiones generales
La especificidad del clima es de difícil concreción. La dificultad reside en disponer de
series de datos lo suficientemente amplias para que sirvan de referencia y que, al
mismo tiempo, sean específicas del lugar en que se ubica el proyecto. Los datos
vinculados a la temperatura y la humedad tienen una larga trayectoria de estudio y, por
tanto, son de más fácil obtención. Los datos de radiación son más recientes y, en el
caso de Cataluña, ya existe un atlas de radiación. Los datos vinculados a los vientos
son escasos y su aplicación siempre es dudosa puesto que la acción de viento acaba
debiéndose a las particularidades locales. Será oportuno conocer las leyes de
comportamiento del viento para poder determinar sus características en un lugar
concreto.
Vinculada al clima, la arquitectura mediterránea litoral basa su comportamiento en el
control de la radiación y de la ventilación. La inercia térmica es útil pero no es tan
fundamental como en otros climas ya que la proximidad del mar amortigua la amplitud
térmica. La ventilación es protagonista en verano para evacuar el calor de los
interiores. Implica el conocimiento de las leyes que sigue el movimiento de aire. Las
estrategias vinculadas al tratamiento del aire son menos frecuentes. La refrigeración
evaporativa es desaconsejable ya que la humedad relativa ya es alta. Sí que serán
viables estrategias pasivas vinculas al tratamiento del aire de renovación.
El control de la radiación y de la ventilación debe resolver el reto de compatibilizar
actitudes contrarias. Frente a la radiación: protección en verano y captación en
invierno. Frente a la ventilación: favorecerla en verano y limitarla en inverno. En el
caso de la radiación, el reto es posible debido a que la altura solar es diferente según
las estaciones. Además, son posibles elementos móviles que tan solo estarán
presentes si se necesitan. En el caso de la ventilación la dificultad es mayor. No se
siguen leyes tan geométricas y será más difícil lograr nuestro propósito. Sí que existen
constantes que debemos conocer como las brisas cerca del mar. También es habitual,
en el territorio catalán, que los vientos desfavorables de invierno procedan del norte y
que las brisas favorables para el verano procedan del sur.
El modelado de la arquitectura vinculado al control de la radiación es totalmente viable.
Existen relaciones geométricas entre la posición solar, la exposición de la forma a la
radiación y el diseño de las protecciones solares. El recorrido solar es característico de
la latitud. Por tanto, desde el punto de vista de la radiación, es posible asociar la forma
a una latitud concreta. Por ejemplo, las protecciones fijas horizontales serán las más
efectivas en todas las orientaciones en la latitud de Barcelona. Debido a la existencia
de leyes geométricas que describen la regularidad recorrido solar, los programas
informáticos son una herramienta efectiva que permite cálculos rápidos para periodos
temporales largos.
Más difícil es el modelado vinculado a la ventilación. Si la radiación es intangible, el
viento aún lo es más. Su comportamiento, propio de un fluido, hace muy difícil
determinar con exactitud su procedencia. Además, el comportamiento puede ser
cambiante a lo largo del tiempo. El modelado partirá estableciendo una procedencia
fija aunque no sea constante. Estableciendo esta hipótesis, sí que es deducible el
comportamiento del viento frente a una determinada forma. Las temáticas clásicas del
87
diseño de la forma en función del viento son dos. La primera, vinculada al invierno, es
diseñar barreras contra los vientos desfavorables o estudiar la disposición de los
volúmenes para minimizar su impacto nocivo. La segunda, vinculada al verano, es
diseñar las aberturas en fachada y los interiores para favorecer una buena conducción
del aire. El objetivo será precisar su caudal y su velocidad. Debido a la complejidad del
movimiento del aire, los programas informáticos de evaluación son menos frecuentes y
sus cálculos suponen grandes tiempos de demora. Sí que es más habitual la
comprobación con maquetas en túneles de viento.
La tesina se entiende como una puerta de entrada, un punto de partida, que sirve para
certificar la posibilidades de relación de la forma arquitectónica con radiación y la
ventilación, aspectos fundamentales de la arquitectura mediterránea litoral. Profundizar
en la concreción de los conceptos abordados requerirá una investigación más extensa
y la redacción de una tesis doctoral.
88
Bibliografía consultada
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construcción sostenible. Pamplona: DAPP Publicaciones Jurídicas.
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Wright, D., Cook, J., & Andrejko, D. A. (1983). Arquitectura solar natural :Un texto
pasivo (Ed revisada ed.). México: Gustavo Gili.
89
Índice de tablas:
Tabla I. Promedios orientativos de la sensibilidad de hombre a la temperatura
Tabla II. Comparativa de las temperaturas medias mensual y anual en Barcelona
Tabla III. Sensaciones térmicas estacionales en Barcelona
Tabla IV. Amplitud media anual en Barcelona
Tabla V-VI. Comparativa de las humedades relativas medias mensual y anual en
Barcelona
Tabla VII. Irradiación global diaria sobre superficie horizontal en MJ/m2, en Barcelona
Tabla VIII. Radiación solar global diaria sobre superficies verticales (MJ/m2/día).
Estación: Barcelona
Tabla IX. Radiación solar total (kWh) sobre las superficies de la forma cúbica de
6x6x6m, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y en los meses de
julio y de enero.
Tabla X. Radiación solar total (kWh) sobre las superficies de diferentes formas
rectangulares, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y en los meses
de julio y de enero.
Tabla XI. Versión inicial y cuatro estrategias de aislamiento. Aplicadas individualmente
(v1, v2, v3 y v4) y conjuntamente (v5)
Tabla XII. Versión inicial y tres estrategias de aislamiento.
Aplicadas individualmente (v1, v2 y v3) y conjuntamente (v4)
Índice de figuras:
Portada y contraportada: Croquis para un proyecto de urbanización en Alcudia,
Mallorca, 1984. Alejando de la Sota.
FIG. 1. Mapa mundial de la clasificación climática de Köppen para el periodo 19512000.
FIG. 2. Extensión de las zonas con clima subtropical
FIG. 3. Distribución del clima mediterráneo en el mundo.
FIG. 4. División climática de Cataluña (según criterios termo pluviométricos). Meteocat:
Servicio Meteorológico de Cataluña.
FIG. 5. Precipitación media anual. Atlas climático de Cataluña (1996).
FIG. 6. Temperatura media anual. Atlas climático de Cataluña (1996).
FIG 7. Relación de la evolución de la temperatura y la humedad relativa a lo largo de
un día de invierno
FIG. 8. Relación de la evolución de la temperatura y la humedad relativa a lo largo de
un día de verano
FIG. 9. Diagrama de Mollier (relación entre temperatura y humedad)
FIG. 10. Irradiación global diaria sobre superficie horizontal en MJ/m2, en Barcelona
FIG. 11. Carta solar estereográfica de la latitud 41º30’ N
FIG. 12. Radiación en un muro vertical a lo largo del año para una latitud 40º N
FIG. 13. Día de verano en Barcelona con viento irregular
FIG. 14. Día de verano Barcelona con viento marcado
FIG. 15. Vientos en clima mediterráneo litoral norte de la península ibérica (Cataluña).
E. Puppo. Diseño y condiciones ambientales (1982).
FIG. 15bis. Vientos asociados a Barcelona. E. Puppo. Acondicionamiento natural y
arquitectura (1979).
FIG. 16. Clasificación de la intensidad de los vientos. Escala de Beaufort. E. Puppo.
Diseño y condiciones ambientales (1982).
90
FIG. 17. Zonas de confort y oscilación de la temperatura cada mes. R. Serra. Las
energías en la arquitectura (1993).
FIG. 18. Zonas de confort y condiciones climáticas para días típicos. R. Serra. Las
energías en la arquitectura (1993).
FIG. 19. Zonas de confort y de corrección con arquitectura (según Givoni). R. Serra.
Las energías en la arquitectura (1993).
FIG. 20. Gráfico de Olgyay. R. Serra. Las energías en la arquitectura (1993).
Fig. 21. Radiación solar sobre un cubo en invierno
Fig. 22. Radiación solar sobre un cubo en verano
Fig. 23. Radiación solar sobre un cubo en enero
Fig. 24. Radiación solar sobre un cubo en julio
FIG. 25. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) sobre las superficies de
la forma cúbica de 6x6x6m, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno y
en los meses de julio y de enero.
FIG. 25bis. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) sobre las superficies
de diferentes formas rectangulares, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno y en los meses de julio y de enero
Fig. 26. Radiación solar con alero v=h, en invierno
Fig. 27. Radiación solar con alero v=h/6, en invierno
Fig. 28. Radiación solar con alero v=h, en verano
Fig. 29. Radiación solar con alero v=h/6, en verano
FIG. 30. Gráfico comparativo de la radiación solar total (kWh) recibida con
protecciones horizontales, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno.
FIG. 31. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida con protecciones
horizontales, en Barcelona, en las estaciones de verano y de invierno.
FIG. 32. Viviendas en Montpellier. Ricardo Bofill.
FIG. 33. Ciudad universitaria de Constantine. Kenzo Tange.
FIG. 34. Casa Binidada. Sant Lluís, Menorca, 1985. Francesc Guàrdia.
FIG. 35. Casa Binidada. Sant Lluís, Menorca, 1985. Francesc Guàrdia.
Fig. 36. Radiación solar recibida por la “alternativa rugosa” en verano
Fig. 37. Radiación solar recibida por la “alternativa plana” en verano
Fig. 38. Radiación solar recibida por la “alternativa rugosa” en invierno
Fig. 39. Radiación solar recibida por la “alternativa plana” en invierno
FIG. 40. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) en dos alternativas
de fachada, según su rugosidad, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno
Fig. 41. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en verano,
sin protección
Fig. 42. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en verano,
con protección horizontal superior
Fig. 43. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en verano,
con protección vertical a norte
Fig. 44. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en verano,
con protección vertical a sur
Fig. 45. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en
invierno, sin protección
Fig. 46. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en
invierno, con protección horizontal superior
91
Fig. 47. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en
invierno, con protección vertical a norte
Fig. 48. Radiación solar recibida por una superficie orientada a Este, en
invierno, con protección vertical a sur
FIG. 49. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por una
superficie a este con diferentes protecciones, en Barcelona, en las estaciones de
verano y de invierno
FIG. 50. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida por una superficie a
este con diferentes protecciones, en Barcelona, en las estaciones de verano y de
invierno
FIG. 51. Corrección del entorno con barreras vegetales.
FIG. 52. Espacio intermedio con control de la radiación a través de un muro y una
cubierta vegetal.
Fig. 53. Radiación solar recibida en verano por una cubierta con inclinación del
50% hacia el sur
Fig. 54. Radiación solar recibida en verano por una cubierta con inclinación del
50% hacia el norte
FIG. 55. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por las
mismas cubiertas con diferentes inclinaciones y orientaciones, en Barcelona, en las
estaciones de verano y de invierno.
FIG. 56. Vivienda en Las casas de Alcanar (2006). Carlos Ferrater
FIG. 57. Vivienda en Las casas de Alcanar (2006). Carlos Ferrater
FIG. 58. Casa Shodhan en Ahmedabad (1955-1956). Le Corbusier.
FIG. 59. Residencia de la Embajada de los Estados Unidos en Bagdad, Irak.
(1955-1960). Josep Lluis Sert.
FIG. 60. Residencia de la Embajada de los Estados Unidos en Bagdad, Irak.
(1955-1960). Josep Lluis Sert.
FIG. 61. Cas en Itawa, Zambia. Julian Elliot
FIG. 62. Centro administrativo en París. Michel Kagan
FIG. 63. Casa en Ampang, Malasia. T.R. Hamzah y K. Yean
FIG. 64. Centro administrativo en Sevilla. G. Vázquez Consuegra.
Fig. 65. Radiación solar recibida
lamas horizontales, en verano
Fig. 66. Radiación solar recibida
lamas verticales, en verano
Fig. 67. Radiación solar recibida
lamas horizontales, en invierno
Fig. 68. Radiación solar recibida
lamas verticales, en invierno
por un hueco orientado a oeste protegido con
por un hueco orientado a oeste protegido con
por un hueco orientado a oeste protegido con
por un hueco orientado a oeste protegido con
FIG. 69. Gráfico comparativo del efecto de la radiación total (kWh) recibido por una
superficie orientada a oeste, con protección de lamas, en Barcelona, en las estaciones
de verano y de invierno
FIG. 70. Gráfico comparativo del porcentaje de radiación recibida por una superficie
orientada a oeste, con protección de lamas, en Barcelona, en las estaciones de verano
y de invierno
FIG. 71. Persianas batientes en una fachada este de Marsella
FIG. 72. Cortinas interiores en la villa Savoye. Le Corbusier
FIG. 73. Casa Wiley en New Canaan, Connecticut. Philip Johnson
FIG. 74. Diafragmas de la fachada sur del Instituto del Mundo Árabe,
París. Jean Nouvel
FIG. 75. Vivienda en Vallromanes. Rafael Serra. Planta y sección
92
FIG. 76. Vivienda en Vallromanes. Rafael Serra. Vistas del exterior y del interior
FIG. 77. Comparación de los coeficientes de rendimiento y de factor de retardo
FIG. 78. Modelo para la evaluación de los sistemas captadores
FIG. 79. Resultado de la aplicación de los sistemas captadores al modelo con dos
reparticiones posibles
FIG. 81. Aprovechamiento de las brisas veraniegas FIG. 80. Penetración de la brisa
veraniega en un conjunto residencia. Nueva York
FIG. 82. Modelo de movimiento de aire alrededor de un edificio
FIG. 83. Modelo de movimiento de aire en la sección de un edificio
FIG. 84. Para recibir los movimientos de aire, una casa debe tener una abertura de
entrada (preferiblemente situada don de la presión es positiva) y un salida (donde es
negativa o de succión). En este ejemplo falta una de dichas aberturas, por lo tanto no
se produce movimiento de aire en el interior.
FIG. 85. El máximo flujo de aire se produce cuando grandes aberturas de igual tamaño
se sitúan en las fachadas opuestas. Véase la considerable cantidad de flujo de aire a
mayor velocidad que la que fluye en el exterior del edificio
FIG. 86. La mayor velocidad se produce cuando se combina una entrada de aire
pequeña con una salida de gran tamaño. Obsérvese cómo la mayor velocidad del aire
se produce justo después de la abertura.
FIG. 87. La combinación de una abertura de gran tamaño para la entrada de aire con
una pequeña para la salida produce un incremento de las velocidades en exterior del
edificio, como consecuencia, el efecto refrescante se pierde.
FIG. 88. Cuadro comparativo de las renovaciones/hora de los sistemas de movimiento
de aire
FIG. 89. Modelo para la evaluación de los sistemas de movimiento de aire
FIG. 90. Resultado de la aplicación de los sistemas de movimiento de aire
FIG. 91. Resultado de la aplicación de diferentes valores de hermeticidad
FIG. 91bis. Resultados del beneficio de cuatro estrategias de aislamiento. Aplicadas
individualmente (v1, v2, v3 y v4) y conjuntamente (v5)
FIG. 92. Resultados del beneficio de tres estrategias de aislamiento. Aplicadas
individualmente (v1, v2 y v3) y conjuntamente (v4)
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