Arquitectura bioclimática by Praxis Capital

ÍNDICE DE CONTENIDOS I.

INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1

II. PROBLEMA ................................................................................................. 3 III.

MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL ...................................................... 5

3.1. Arquitectura Bioclimática ....................................................................... 5 3.1.1. Concepto ........................................................................................ 5 3.1.2. Evolución en los materiales de construcción .................................. 5 3.1.3. Ventilación cruzada ........................................................................ 6 3.1.4. Aislamiento Térmico ....................................................................... 6 3.1.5. Asoleamiento .................................................................................. 6 3.1.6. Confort térmico ............................................................................... 6 3.1.7. Balance térmico de la edificación ................................................... 7 3.2. Geometría Solar .................................................................................... 7 3.2.1. Generalidades ................................................................................ 7 IV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................... 11

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 15

VI.

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................... 16

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA PRAXIS, Consulting

INTRODUCCIÓN

Desde principios del siglo pasado, se ha considerado de suma importancia el pensar en el futuro más que el presente al tratarse de construcciones. El autor (Ban, 2013, pág. 38), nos recuerda esto, en lo que podría interpretarse como una manifestación temprana del concepto de la sostenibilidad, cuando dice que una vivienda que deba durar cien años o más, debe tener características tales que le permitan realmente existir y ser funcional por ese período de tiempo, pero que a su vez optimice no solo los recursos económicos, sino también los ambientales Esto es fundamental, no solo como un tema de justicia económica para las generaciones venideras en vista de sus necesidades futuras en el ámbito de la vivienda, sino también porque estas construcciones deben basarse en las condiciones permanentes y esenciales de la vida y la salud, y no en modas pasajeras o convencionalismos establecidos por un constructor con base en la especulación. Es lógico asumir que el ser humano en sus inicios decidió construir viviendas para protegerse de las inclemencias del tiempo, los depredadores y para proveerse de comodidades y privacidad familiar. Probablemente estas necesidades sigan presentes, pero esos elementos constructivos (tales como paredes y techos), que sirven para proteger a las personas de las fuertes lluvias, los potentes vientos y vecinos curiosos, al mismo tiempo impiden la entrada del aire fresco y la luz del sol, condiciones necesarias para una vida saludable. (Barros, 2014, pág. 89) Actualmente, existe un interés en definir unas condiciones climáticas constantes en relación con los diferentes aspectos del microclima exterior y el interior de la vivienda. Este interés surge por tres factores determinantes en la calidad de vida de las personas, que son: salud, confort y uso eficiente de la energía. Habitualmente en los sistemas constructivos no se considera la respuesta que puedan tener a las condiciones climáticas de la localidad, lo que incide en la 1

calidad de vida haciendo necesaria la adopción de sistemas artificiales que minimicen el problema. Por lo anteriormente expuesto el objetivo general de la presente investigación pretende realizar una revisión bibliográfica sobre las edificaciones bioclimáticas y el aporte de la geometría solar en el aspecto sostenible y sustentable. Y como estos elementos mejorar el confort y la salud personal.

II.

PROBLEMA

Hoy en día temas relacionados con el medio ambiente, la sostenibilidad y la arquitectura son parte de importantes espacios de investigación. El desarrollo de estos temas corresponde con el mal manejo del uso de los recursos del medio que nos rodea y como consecuencia recurrir al empleo de medios mecanizados para la climatización de las edificaciones. Esto conlleva a un incremento desbordado de los índices de consumo energético y de contaminación. El problema se lo puede afrontar de distintas formas. En primer lugar, se tiene una construcción masiva de viviendas en la expansión de la ciudad y un elevado consumo energético. Y por otro lado, construcciones de edificaciones que no corresponden climáticamente a las tipologías del lugar, por lo que sus usuarios terminan introduciendo sistemas artificiales de control ambiental. Nuestras ciudades se van extendiendo con nuevos métodos nocivos de construcción, olvidando las metodologías tradicionales. Con la construcción excesiva de edificios estamos ocupando cada espacio del planeta, consumiendo hasta el último recurso del mismo y generando grandes cantidades de residuos que hacen insostenible nuestra vida en la Tierra. De igual forma estamos generando una serie de problemas en el centro de las ciudades, que provocan la tendencia a construir, con más frecuencia, edificios aislados del exterior. Según el autor (Pierre, 2013, pág. 99), los edificios consumen el 60% de todos los recursos extraídos de la Tierra y, por lo tanto, se plantea como una necesidad el uso de materiales y sistemas constructivos ecológicamente apropiados. En la actualidad, la rehabilitación y el re-acondicionamiento de edificaciones se han convertido en una necesidad real, desde para el aprovechamiento de los recursos que disponemos disminuir así el loco crecimiento de las ciudades. Es necesario hacer énfasis en la difícil tarea que conlleva el reacondicionamiento ambiental, no sólo en el aspecto constructivo, sino en obviar los aspectos bioclimáticos o de sostenibilidad que son los que nos ofrecen un confort ambiental y mayor ahorro energético. Por lo que hoy en día se esquiva la posibilidad de optimizar las características de una edificación mediante sistemas

pasivos o activos de control, entre ellos la arquitectura solar como elemento de iluminación que garantice seguridad, salud, confort y bienestar a los usuarios. Donde, para realizar una correcta combinación teórica entre la geometría solar y las edificaciones bioclimáticas es pertinente revisar los diferentes antecedentes bibliográficos, partiendo desde las nuevas tendencias hacia el desarrollo sustentable, definidas por la comisión Brundtland en 1988 hasta las concepciones de confort higrotérmico de Baruch Givoni (2014), quien sugiere estrategias de diseño y confort sin el uso de energía adicional a la del sol, el viento, las temperaturas día - noche y la humedad ambiente, es decir busca la independencia y autonomía funcional de las construcciones.

III. 3.1.

MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL

Arquitectura Bioclimática

3.1.1. Concepto Para (Paterson, 2012, pág. 43), la arquitectura bioclimática es, en síntesis, “aquella que busca integrar la arquitectura, el hombre y el medio ambiente para formar un todo equilibrado”. Una vivienda bioclimática en la actualidad, puede llegar a ser sostenible totalmente, si bien esto aumenta un poco el coste en la construcción, a la larga es rentable ya que se amortiza. En el caso de tener que consumir energía externa, estas construcciones cuentan con una producción basada en renovables, como paneles solares, cuyo óptimo rendimiento debe estar vinculado al correcto uso de la arquitectura solar. 3.1.2. Evolución en los materiales de construcción La labor de construcción se realizó durante miles de años con dos materiales: •

La piedra y los ladrillos de barro cocido. En gran pirámide de Giza (2560 a.C.) se puede ver una de las contribuciones más importantes para el diseño de cualquier edificio: la modulación; porque las piedras se cortaron en medidas que permitieron su transporte y colocación. Por esa razón, actualmente los materiales de construcción están modulados para facilitar su montaje y evitar desperdicios. (Toca, 2013, pág. 3)

•

En la antigua Mesopotamia se trabajó con otro material: el ladrillo simple y esmaltado, además de los primeros ejemplos de integración plástica.

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En Roma se logró un adelanto impresionante el polvo mezclado con agua que se convierte en piedra: la puzolana, dicho material permitió la construcción de los principales edificios y obras públicas de los romanos.

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El paso siguiente fue la incorporación del hierro en la construcción, con una obra “el Palacio de Cristal (1851)“, que logró resultados impresionantes; la modulación de los materiales; el primer proceso de prefabricación; un ensamblado en tiempo récord; y el vidrio como material de construcción para envolver al edificio.

Con ese antecedente aparecieron materiales nuevos: el acero y el concreto armado. Con el acero se realizaron los primeros edificios verticales con estructura independiente de los muros, que sigue siendo una manera rápida y eficiente de construir. Y el concreto armado también ha permitido llevar al material a su límite, tanto en resistencia como en las posibilidades de cobertura. 3.1.3. Ventilación cruzada Para el autor (Prieto, 2010, pág. 54), es “la circulación del aire a través de ventanas u otros espacios abiertos situados en lados opuestos de una sala o habitación. También llamada ventilación transversal”. 3.1.4. Aislamiento Térmico Desde la opinión de (Villegas, 2012, pág. 108), el concepto de aislamiento térmico está asociado al concepto de “capacidad de control de la transmisión de calor cuando se desea que no exceda ciertos límites”. De forma sencilla, un producto aislante térmico es un producto que reduce la transmisión de calor a través de la estructura sobre la que, o en la que se instala. 3.1.5. Asoleamiento Para (Galarraga, 2014, pág. 32), el asoleamiento dentro del ámbito de la arquitectura sustentable, no sólo obedece al hecho de que el sol es la base de toda manifestación climática; sino también “…a la importancia que el conocimiento de sus ángulos de incidencia tiene en forma práctica en el diseño general de un edificio y en la evaluación de ganancias térmicas por radiación de los materiales”. 3.1.6. Confort térmico El confort térmico es una sensación neutra de la persona respecto a un ambiente térmico determinado. Según la norma (ISO 7730 , 2008, pág. 87), el confort térmico “es una condición mental en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico.”

3.1.7. Balance térmico de la edificación Según (Smitz, 2009, pág. 183), es “la diferencia entre la cantidad de calor producida y la perdida en el interior de una vivienda o local de la misma”. Para cualquier proyecto climático, el dato más importante es el de ganancias y pérdidas de calor que experimenta el local objeto de acondicionamiento o construcción debido a que esta información es imprescindible para conocer la potencia calorífica o frigorífica que sufre la construcción. 3.2.

Geometría Solar

3.2.1. Generalidades El hombre desde un inicio aprecio los fenómenos provocados por los movimientos del planeta: el día y la noche y los cambios estacionales. Lo que permitió que el hombre desarrollara habilidades extraordinarias para establecer los fenómenos astronómicos a través del estudio de las estrellas y planetas y así también la medición del tiempo a través de los relojes solares, siendo los iniciadores los babilonios y después perfeccionados en la era cristiana. Se crea las cartas solares basadas en conocimientos gnomónico, que facilita diagramas solares en el siglo XVII. Pero en el siglo V A.C. ya se aplicaba la geometría solar en el diseño arquitectónico. Es importante la geometría solar en el proceso de diseño arquitectónico porque mediante su conocimiento se puede lograr una óptima orientación, ubicación del interior del edificio permitiendo aprovechar

los efectos directos de las

condiciones ambientales, brindando confort al ser humano. Para un arquitecto el conocer sobre la geometría solar resulta de gran utilidad para el proceso de diseño, siendo uno más de los factores que se debe manejar, para que su trabajo posea calidad estética y valor. El sol y la tierra El sol es el centro del sistema solar, gira en su propio eje y su edad se aproxima a 4.700 millones de años. Está constituido por Hidrogeno y Helio. La energía solar se obtiene de la fusión nuclear de hidrogeno que se realiza en su núcleo. Al unirse cuatro átomos de hidrogeno dan paso a la formación del helio 7

induciendo que esta transformación se convierta en energía radiante, alcanzando temperaturas de 15 E06°K en el núcleo. Se ha pronosticado que el sol vivirá hasta 5 o 6 millones de años más. Aspectos cuantitativos: El sol emana radiación electromagnética que llega al planeta como rayos ultravioletas, a esta intensidad se le conoce como constante solar, misma que presenta variaciones que dependen de la actividad solar porque tiene relación con las manchas solares. El planeta experimenta variaciones de intensidad de radiación y temperatura, producto de la naturaleza elíptica de la órbita terrestre que aproximadamente es de 924’375,700 km y a la inclinación del eje de rotación. Generalidades de la geometría solar Los movimientos más importantes de la Tierra son: traslación (Transcurre en un año solar 365 días, 5 horas y 48 min) y rotación que es el tiempo que transcurre en un día. Bóveda celeste: parte del movimiento de la tierra alrededor del sol. En un supuesto sobre una superficie plana (horizonte), se despliega el sol en orbitas circulares paralelas, dando una esfera transparente conocida como bóveda celeste, donde la trayectoria de un rayo está dirigido al centro de la esfera. En la superficie terrestre para dar la ubicación de un punto se utiliza coordenadas geográficas como son: la Latitud (ángulo vertical que se cuenta de 0° a 90° de ecuador hacia los polos, pudiendo ser positiva o negativa dependiendo del hemisferio norte o sur donde se encuentre el lugar) y Longitud (ángulo diedro que se cuenta de 0° a 180°, que se encuentra de este a oeste según el meridiano de origen). Mientras que paro localizar a cualquier astro en la bóveda celeste se utilizan las coordenadas Altura (ángulo que se cuenta de 0° a 90° y se mide a partir del plano horizonte) y Acimut (ángulo diedro que se cuenta de 0° a 180°, que se encuentra de este a oeste y se parte del sur) Métodos de análisis 8

1. Métodos gráficos, no proporciona información precisa pero se presenta en forma clara y necesaria para los fines arquitectónicos. a. Diagrama de trayectoria y posición solar: facilitan dispositivos de control, orientación y ubicación de espacios. b. Diagrama para la estimación cuantitativa para la energía del sol. 2. Métodos matemáticos, proporciona información precisa para la obtención de balances de energía, diseños de sistemas y dispositivos solares activos, etc. 3. Modelos físicos de simulación, permitiendo una visión cualitativa del comportamiento del edificio. Grafica solar de proyección No es más que la representación de la bóveda celeste y la trayectoria solar en montea biplanar. Existiendo dos formas de trazar la montea solar: 1. Proyección esférica: proyección de la bóveda celeste 2. Proyección cilíndrica: es la prolongación de la trayectoria en un cilindro tangente a la esfera celeste. El método ortogonal se presenta igual que los planos arquitectónicos (planta, fachada y perfil), mediante este método se pueden hacer un análisis directo de sombras y penetraciones solares. Grafica solar de proyección Consiste en trasladar la ruta del sol, descrita sobre la bóveda celeste con base en el plano del horizonte. Esta grafica es muy útil para el estudio de sombras, análisis y evaluación de dispositivos de control solar. Grafica solar de proyección equidistante Consiste en la graficación de las coordenadas celestes, sobre un sistema de graficación de ejes polares. Dos ejes perpendiculares que sirven de referencia para ubicar los ángulos de acimut y ángulos de altura.

Proyección sobre ejes cartesianos, es la gráfica de las coordenadas celestes, altura y acimut con base en un sistema de ejes cartesianos. Proyección gnomónica, la trayectoria del sol es establecida por la sombra de proyecta un gnomon en cualquier plano. Cardioides de asoleamiento, conocida como la caja solar, es una proyección cilíndrica y expresa el tiempo de asolamiento que sufren las fachadas de un edificio, expresado únicamente en horas. Diagrama de control solar Mascarilla de sombreado, es utilizado para determinar las áreas de sombras producidas por cualquier objeto en la bóveda celeste. En conjunto con la gráfica solar equidistante permite determinar las horas días – mes que una fachada cuenta con radiación solar, facilitando evaluar el grado de protección que necesita el edificio. Modelos físicos de simulación Proyección gnómonica, es más como un reloj solar que permite medir el tiempo y utilizado para reproducir la posición del sol para la altitud que sea. Permitiendo el estudio de las sombras proyectadas y el nivel de penetración solar. Heliodones o maquinas solares, aparatos que simulan el movimiento aparente del sol con respecto a una maqueta arquitectónica. Heliodon de eje vertical, es una plataforma con mecanismos giratorios horizontales y verticales fijos a la maqueta, el movimiento vertical inclina a la plataforma simulando la latitud y el giro horizontal establece los ángulos horarios, completándose con un poste vertical con una lámpara que simule la posición solar. Heliodon de eje circular, el mecanismo de movimiento se dan en la lámpara, quedando la maqueta fija horizontalmente, es una simulación más precisa.

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La arquitectura, como parte de la humanidad, está sujeta a una constante evolución, las mejoras introducidas en la arquitectura y en las ciudades a lo largo de la historia coinciden en muchos aspectos con conceptos modernos referidos al Bioclimatismo, el cual se centra en cuatro puntos fundamentales que son: Iluminación, Ventilación, Orientación y aislamiento térmico; de modo que se puede decir que el bioclimatismo no es tan moderno (Volero, 2014, pág. 90). La arquitectura moderna tiende a rescatar conceptos antiguos que la electricidad y las nuevas tecnologías en climatización llegaron a depreciar hace unas décadas; conceptos como la orientación y la ventilación e iluminación naturales perdieron valor, pensando que las nuevas tecnologías los podrían sustituir. Los elementos y los factores climáticos funcionan como un sistema, cuyos elementos se interrelacionan y en general determinan mutuamente estructuras integrales de impacto ayuda en la línea arquitectónica. Debido a esto, deben de ser estudiados y tratados como tal no solo desde la perspectiva bibliográfica, sino que se debe ampliar a casos de estudio directos, a referenciar casos de estudio nivel Ecuador. Es esta, otra de las razones por la cual la aplicación de elementos bioclimáticos vinculados a la geometría solar en una edificación; demanda un análisis integral de las condiciones particulares de cada sitio. Por lo tanto, dentro de los primeros resultados del análisis bibliográfico se determina que cada estudio bioclimático tiene tantas variables que obliga a que cada caso de estudio sea independiente, es decir que no existe un manual a seguir sobre las aplicaciones e implicaciones que se deben ejecutar en las construcciones bioclimáticas, determinando que el arquitecto debe realizar los cálculos procedentes en función de cada proyecto y no puede adaptar un proyecto previo por las condiciones únicas e individuales que presenta cada obra. Dentro de otro resultado en el elemento bibliográfico es pertinente referenciar los escasos estudios combinatorios del comportamiento climático, la geometría solar y sus implicaciones en las edificaciones bioclimáticas, donde apenas se puede referenciar estudios como; “Man, Climate and Architecture” de Baruch Givoni

(1993), “Arquitectura Bioclimática y Urbanismo Sostenible”, Informe investigativo de la Universidad de Zaragoza (2011) y “ Solar Decathlon” de Elton Seamen (2014). Dentro de esta última obra Elton Seamen (2014) recomienda “continuar las mediciones para identificar el comportamiento climático a lo largo del año y cómo este afecta la temperatura interior de las maquetas de cada uno de los distintos materiales”. Los diferentes autores como son Bonner (2009), Malthus (2010) y Rywether (2014) en sus obras manifiestan que las estrategias a cumplir dentro de la geometría solar y las edificaciones bioclimáticas deben buscar la climatización por medios pasivos como son la orientación, calentamiento solar y ventilación principalmente, que al relacionarlas con el huso horario del espacio se logra un diseño muy puntual para cada proyecto. Así dentro de los proyectos arquitectónicas el elemento bioclimático cumple con los requisitos estéticos y funcionales desde el punto de vista arquitectónico; y del elemento confort las investigaciones muestran que las edificaciones tiene las condiciones necesarias para alcanzar los grados de confort óptimo para los usuarios; además, el uso de programas de diseño asistido y modelos físicos a escala mejoran el funcionamiento que tendrá el edificio construido.

En el ámbito lumínico los diferentes autores coinciden que los niveles de iluminación natural deben ser adecuados según los reglamentos de construcción de cada país, y no existe una medida estándar a seguir dado que la geometría solar afecta a las edificaciones según su posicionamiento global. Además

todo

los

documentos

bibliográficos

referenciados

analizados,

determinan dentro de los materiales de construcción que el fibrocemento funciona donde se presentan altas temperaturas y altos porcentajes de humedad relativa, ya que la humedad al interior de las construcciones tiende a ser un poco menor que la del ambiente y el material logra mantener temperaturas cercanas a la del exterior. Así también, la madera puede funcionar en lugares donde se presentan bajos porcentajes de humedad relativa y altas temperaturas, porque la temperatura interior tiende a ser moderada y los porcentajes de humedad muy 12

altos. El concreto puede funcionar mejor en climas frescos, porque logra acumular calor y mantener una humedad cercana a la del ambiente. Así, las edificaciones construidas con estos materiales deben contar con una ventilación adecuada y eficiente, y una orientación óptima, que permita el mejor aprovechamiento de las corrientes de aire. Dentro del aspecto bibliográfico, con referencia a los elementos y diseños de edificaciones bioclimáticos se propone cambiar las dimensiones de las paletas tipo sifón, haciéndolas simétricas por medio de la prolongación del elemento de traslape exterior, con lo que se prolonga el espacio de entrada en la zona de alta presión de aire y se hace más eficiente el efecto de enfriamiento y circulación al interior de la vivienda, por medio del incremento de la velocidad del aire. En el diseño de dispositivos de control solar es necesario utilizar los rayos solares tanto en planta como en alzado en magnitud verdadera acorde a los resultados de la geometría solar según el posicionamiento de la obra, a nivel del caso ecuatoriano el ángulo de inclinación del sol no es tan crítico, dado que su incidencia lumínica es vertical. Los diferentes autores dentro de sus obras refieren que se debe evaluar el funcionamiento de la edificación a su máxima capacidad para obtener datos físicos reales y ser comparados con los datos de diseño. Esto a su vez se debe ligar con una evaluación de las ganancias térmicas a través de muros, losa, ventanas y puertas de la edificación realizando mediciones de temperatura externas e internas. Además dentro de un proyecto de edificación se debe proponer estrategias para alcanzar el confort acústico, olfativo y psicológico, lo cual se complementaría con experimentación y evaluación del comportamiento de la aplicación de dichas estrategias, por ejemplo: realizando mediciones de la cantidad de decibeles y del porcentaje de partículas contaminantes en el aire al interior del edificio. En el contexto ecuatoriano no existe una cultura de generar durante la construcción de edificaciones una política sustentable sobre el proyecto. Lo cual es un grave problema por el limitado recambio en el sector y tipo de vivienda,

generando de esta forma una vivienda muy clรกsica, basada en el hecho de servir como un simple lugar de resguardo climรกtico y protecciรณn social.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El análisis del desarrollo evolutivo y las múltiples influencias adquiridas por la arquitectura tradicional, nos expone como resultado una amplia variedad de tipologías de viviendas, unas que fueron creadas por el desarrollo histórico la humanidad y otras que fueron construidas por las necesidades del habitad, con sus propias técnicas, las cuales se vieron obligadas a irse adaptando al ambiente y al clima tropical según su lugar de desarrollo. Con la adaptación de nuevas técnicas constructivas, se va perdiendo la lógica y se hace presente la estética en la arquitectura ecuatoriana. Estas viviendas, no corresponden apropiadamente a los parámetros ambientales y del entorno en que se encuentran, generando un alto consumo energético para optimizar las condiciones ambientales por medios artificiales. Hoy en día, son muy pocos los proyectos que consideran implementar estrategias climáticas de control pasivo en viviendas que han sido rehabilitadas. En algunos casos, han dado prioridad a la inserción de métodos activos, sin darle mayor importancia, a la transformación de la envolvente o de los elementos de contexto para mejorar otros aspectos. La construcción bioclimática debe combinar la esencia constructivista entre estética y funcionamiento, para lo cual es pertinente el correcto conocimiento entre la construcción el ambiente.

VI.

BIBLIOGRAFÍA

Ban, S. (2013). El arte de diseñar. Madrid - España: Atlas ediciones. Barros, A. (2014). La construcción sostenible. México D.F.: Blanco y negro ediciones. Galarraga, C. (2014). Arquitectura solar. Buenos Aires - Argentina: Cronópolis ediciones. ISO 7730 . (2008). El método fanger. Madrid - España: Dolmen ediciones. Paterson, C. (2012). Arquitectura biocliimática. Estados Unidos: Cartes ediciones. Pierre, J. (2013). La construcción masiva. Estados Unidos: Hougton Books. Prieto, G. (2010). Sistemas de construcción aplicados. México D.F.: Ferma editorial. Smitz, V. (2009). Sistemas de construcción, módulo IV. Alemania: Daniil ediciones. Toca, A. (2013). Trazos urbanos. México D.F. : Fedisa ediciones. Villegas, P. (2012). Materiales de construcción y diseño II. México D.F.: Martine Grupo editorial. Volero, A. (2014). Sistemas bioclimaticos aplicados en edificaciones mexicanas. México D.F.: Gavrel ediciones.