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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 a vivienda en e Vallrormanes todass las estanc cias principa ales se orga anizan alred dedor del in nvernadero convertible e en umbrá áculo. Todas s disponen de aberturras que permiten el in ntercambio de aire co on este esspacio que se convie erte en un acondicion nador ambiiental de tod da la vivienda. Un acertado a disseño de la sección s opttimizará las s prestacion nes que pue ede ofrecerr este espa acio interme edio. Forma alizarlo con n un techo acristalado aumenta las posibilid dades de ca aptación en n invierno. Para P el vera ano, la colo ocación de proteccione es solares sobre s esta parte acristtalada evita a la entrada a de radiació ón solar. Prrovocar un d desnivel en ntre el espa acio interior facilita la ca aída del airre más frío interior i y la circulación del aire caliente interiior en la sittuación de invierno. En n verano, disponer d de e aberturas en la parte e más alta de la seccción facilitta la evaccuación de el aire caliente para evitar pos sibles sobre ecalentamie 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 Coch Roura, H., & Serra Florensa, R. (1999). El disseny energètic a l'arquitectura. Barcelona: Edicions UPC. Givoni, B., & Technion-Israel Institute of Technology. (1969). Man, climate and architecture. Amsterdam: Izard, J., & Guyot, A. (1983). Arquitectura bioclimática (2ª ed.). México D.F.: Gustavo Gili. Izard, J., & Millet, J. R. (1993). Architectures d'été :Construire pour le confort d'été. La Calade: Édisud. Mazria, E. (2005). Le guide de la maison solaire. Marseille: Parenthèses. Neila González, F. J. (2004). Arquitectura bioclimática: En un entorno sostenible. Madrid: Munilla-Lería. Neila González, F. J., & Acha Román, C. (2009). Arquitectura bioclimática y construcción sostenible. Pamplona: DAPP Publicaciones Jurídicas. Olgyay, V. (2002). Arquitectura y clima :Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas (2a ed.). Barcelona: Gustavo Gili. Puppo, E. (1980). Un espacio para vivir. Barcelona: Marcombo. Puppo, E., & Puppo, G. A. (1979). Acondicionamiento natural y arquitectura :Ecología en arquitectura (2ª rev y ampl incluyeo un capítulo sobre energía solar ed.). Barcelona: Marcombo. Puppo, E., & Puppo, G. A. (1982). Diseño y condiciones ambientales :Manual de consultas rápidas para la península ibérica : Arquitectura, urbanismo, calefacción, refrigeración, energia solar, energia eólica. Barcelona: Marcombo. Ramon Moliner, F. (1980). Ropa, sudor y arquitecturas. Madrid: Blume. Serra Florensa, R. (1999). Arquitectura y climas. Barcelona; México: Gustavo Gili. Serra Florensa, R., Coch Roura, H., & Solsona Pairó, X. (2001). Les energies a l'arquitectura :Principis del control ambiental arquitectònic (4a ed.). Barcelona: Edicions UPC. 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) 93