Sistemas bioclimáticos en la arquitectura de España
Abstract
Grado en Fundamentos de la Arquitectura
Full text
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 0 UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA TRABAJO FIN DE GRADO EN FUNDAMENTOS DE LA ARQUITECTURA ALUMNA: ELISA CALVO MARTÍN Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín Septiembre 2019 TUTOR: ALBERTO MEISS
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 1 Este Trabajo de Fin de Grado reflexiona sobre los métodos de eficiencia energética que la arquitectura dispone y la forma en la que se utilizan para alcanzar el confort térmico. Las condiciones bioclimáticas suponen un factor clave para la elección del sistema a elegir por lo que se tratarán los tres principales climas de la península sin olvidar los sistemas tradicionales. Se pretende describir las estrategias arquitectónicas empleadas en la arquitectura bioclimática y analizar las tendencias existentes según las diversas condiciones climáticas en España. Para ello, se analizarán soluciones bioclimáticas aplicadas a la arquitectura de este país y se interpretará su efectividad según la zona donde se encuentre. Palabras clave: bioclimático, eficiencia, confort térmico, clima This dissertation reflects on the energy efficiency methods that architecture has and the way in which they are used to achieve thermal comfort. The bioclimatic conditions are the key factor to choose the approppiate system, so the three main climates of the peninsula will be treated without forgetting the traditional systems. It is intended to describe the architectural strategies used in bioclimatic architecture and it is analyzed the existing trends according to the different climatic conditions in Spain. For this reason, bioclimatic solutions applied to the architecture of this country will be analyzed and its effectiveness will be interpreted according to the area where it is located. Keywords: bioclimatic, efficiency, thermal confort, climate.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 2 ÍNDICE 1. Introducción ……………………………………………………………………………..………….3 2. Objetivos…………………………………………………………………………….………………..6 3. Fase Teórica 3.1. Estrategias bioclimáticas en la arquitectura………………………..……..7 3.1.1. El clima………………………………………………………………………….……15 3.1.2. Calentamiento solar pasivo y activo…………………………….……..18 3.1.3. Efecto invernadero……………………………………………………….…….20 3.1.4. Muro parietodinámico…………………………………………………..……21 3.1.5. Inercia térmica…………………………………………………………….……..22 3.1.6. Masa térmica……………………………………………………………….……..24 3.1.7. Ventilación………………………………………………………………….……….25 3.1.8. Enfriamiento evaporativo.…………………………………………………..26 3.1.9. Enfriamiento por alta masa térmica…………………………..………..27 3.1.10. Ganancias internas de calefacción……………………………….……..27 3.1.11. Humidificación………………………………………………………………..….28 3.1.12. Aprovechamiento climático del suelo……………………….…………28 3.1.13. Orientación y forma………………………………………………………….…29 3.2. Principales tendencias en relación historia - arquitectura 3.2.1. Construcción de la arquitectura vernácula………………….……….30 3.2.2. Ejemplos bioclimáticos de arquitectura vernácula….…….……..32 3.2.3. Experimentación en la construcción de la arquitectura bioclimática………………………………………………………………….……...41
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 3 4. Fase práctica 4.1. Propuesta………………………………………………………………………………….46 4.2. Estrategia bioclimática: El muro Trombe……………………………………46 4.2.1. El muro Trombe: funcionamiento ………………………….……….…..47 4.2.2. Diseño…………………………………………………………………………..….…49 4.2.3. Modelos………………………………………………………………………………50 4.3. Experimentación según área geográfica.……………………………………52 4.3.1. Clima mediterráneo…………………………………………………………….53 4.3.2. Clima continental…………….….………………………………………………55 4.3.3. Clima oceánico……………….……………………………………………..……57 4.3.4. El muro Trombe en los diferentes climas………………………….…58 5. Conclusiones………………………………………………………………………………………..65 6. Bibliografía…………………………………………………………………………………..………67
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 4 1. INTRODUCCIÓN La salud humana y el bienestar han sido percibidos como los parámetros más significativos durante las evaluaciones de ambientes interiores. Los países desarrollados invierten en estudios y avances que permitan reducir el coste energético, y tienen a su disposición fondos que posibiliten cambios importantes bioclimáticos para el país. Los países en desarrollo están limitados por los contextos ambientales extremos, las técnicas de construcción tradicionales y los escasos recursos financieros y, por lo tanto, luchan por adoptar tecnologías costosas destinadas a lograr mejores ambientes interiores. (Rodríguez, M. 2005) Los análisis de la energía en la arquitectura a menudo afrontan limitaciones a la hora de ser trasladados al proyecto. Esto puede ser debido a la falta de información adecuada de los estudios, o simplemente, al hecho de no utilizarlos correctamente a la hora de proyectar. El buen conocimiento y uso de estos análisis permitirá comprender por qué los arquitectos han prestado a veces poca atención a la interacción entre forma y energía y un enfoque bioclimático en la arquitectura contemporánea. El sector de la construcción rescata un papel importante en la economía europea, ya que crea casi el 10% del producto interno bruto y proporciona 20 millones de empleos que se reúnen entre las pequeñas y medianas empresas. (Rodríguez, M. 2005) La actividad en la construcción de edificios, la exigencia de conservar energía y el establecimiento de políticas de protección ambiental indican la necesidad de prácticas de diseño de edificios más sostenibles. El calentamiento y enfriamiento de un espacio para mantener el confort térmico es un proceso que consume mucha energía y representa hasta el 60-70% del consumo total de energía en edificios no industriales.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 5 El concepto de eficiencia energética en edificios se refiere a la cantidad de energía requerida para lograr las condiciones ambientales deseadas mientras minimiza el consumo de energía. La calefacción, la ventilación y el aire acondicionado son los mayores consumidores en los edificios. Diversos factores afectan a los requisitos de energía que necesita el edificio: parámetros físicos y ambientales (temperatura exterior diaria, radiación solar y velocidad y dirección del viento) y parámetros de diseño (factores de forma, transparencia de la superficie, orientación, construcción térmica y física, propiedades materiales y distancias entre edificios). La arquitectura bioclimática es un método facultativo de construcción de edificios en el que se reflexiona sobre las condiciones climáticas locales y se traen diversas tecnologías pasivas con el objetivo de mejorar la eficiencia energética. (Calavia, 2016) El uso del término arquitectura bioclimática engloba los términos ‘sostenible’, ‘de alta tecnología’, ‘natural’ o ‘ecológica’, de forma que este primero, representa el uso y empleo de materiales o sustancias con criterios de sostenibilidad, sin poner en riesgo su uso por generaciones futuras. (F. Javier Neila, 2004) El término tecnologías de arquitectura pasivas se refiere a las técnicas de calentamiento o enfriamiento que no utilizan, o usan en la menor medida posible, energía para llevar a cabo finalmente un confort térmico interior. También pueden simplemente proteger o aprovechar las condiciones del entorno natural circundante (sol viento, suelo etc.). El diseño bioclimático utiliza tecnologías apropiadas y manuales de diseño basados en una orientación reflexiva sobre el clima y el medio ambiente. La aplicación de principios bioclimáticos es un factor crítico para reducir el gasto de energía y las emisiones de CO2 del sector de la construcción. Entran en juego factores clave como la disposición de los edificios (orientación según el sol y el viento), área (planificación del sitio), movimiento del aire, aberturas
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 6 (tamaño, posición, protección) y la envoltura del edificio (paredes, espesor del material de construcción, detalles de la construcción de cubierta…). (Calavia, 2016) El clima posee un papel muy importante en el diseño de este tipo de arquitectura, por lo que se tratará a lo largo de este documento. Este Trabajo de Fin de Grado pretende describir las estrategias arquitectónicas empleadas en la arquitectura bioclimática y analizar las tendencias existentes según las diversas condiciones climáticas en España. Para ello, se analizarán soluciones bioclimáticas aplicadas a la arquitectura de este país y se interpretará su efectividad según la zona donde se encuentre.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 7 2. OBJETIVOS - Analizar soluciones bioclimáticas aplicadas a la arquitectura contemporánea española e interpretar su eficacia en función del diseño aplicado y del clima donde se encuentren. - Explorar la documentación científica existente sobre la arquitectura bioclimática analizando los distintos estudios seleccionados. - Estudiar los ejemplos bioclimáticos de la arquitectura vernácula que trascienden hasta la actualidad. - Contribuir a la mejora del conocimiento comparando los distintos sistemas bioclimáticos en los diferentes climas de España.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 8 3. FASE TEÓRICA 3.1. Estrategias bioclimáticas en la arquitectura El diseño bioclimático de los edificios se puede conseguir mediante mecanismos tradicionales que permiten proyectar edificios con muy buenas prestaciones y facilidad de uso. Estas herramientas son los diagramas bioclimáticos que nos llevan a estudiar distintas tácticas con las que llegar al bienestar higrotérmico. Para analizar estas posibles estrategias arquitectónicas bioclimáticas, primero debemos evaluar la situación en la que se encuentra el edificio. Las condiciones ambientales nos ubicarán dentro de una zona según el diagrama que se utilice. Existen distintas formas de llegar a las condiciones ambientales óptimas. Entre los diagramas más utilizados, se encuentran el Diagrama de Olgyay, el Diagrama de Givoni, el Climograma de bienestar adaptada CBA, el Diagrama de Isopetas y los Triángulos de Confort, entre otros. (Rodríguez, M. 2005) (a) Digrama de Olgyay “El procedimiento deseable será trabajar con y no contra las fuerzas naturales y hacer uso de sus potencialidades para crear mejores condiciones de vida… El procedimiento para construir una casa climáticamente balanceada se divide en cuatro pasos, de los cuales el último es la expresión arquitectónica. La expresión debe estar precedida por el estudio de las variables climáticas, biológicas y tecnológicas…” (Olgyay, 1963). Victor Olgyay fue el primero en definir una zona de confort con objetivos arquitectónicos. A partir de un diagrama de humedades y temperaturas al que denominó carta bioclimática, representa la humedad relativa y la temperatura como condiciones básicas que afectan a la sensación corporal del ser humano. En esta carta [Figura 1] se determina una zona en la cual la combinación de valores crea una sensación térmica agradable.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 14 (e) Triángulos de confort. Desarrollada por John Martin Evans, el triángulo de confort es otra herramienta de análisis en forma de nomograma que relaciona las variables de temperatura (eje de abscisas) y oscilación térmica (eje de ordenadas). Evans propone como zona de confort, un área con forma de romboide que oscila entre los 18ºC y 22ºC. Con baja humedad relativa, o con poblaciones acostumbradas a altas temperaturas, el límite máximo de la zona de confort puede alcanzar los 32ºC y de esa misma manera disminuir hacia 12ºC por lo que el intervalo de confort puede variar cuando los cambios de actividad, vestimenta y movimiento del aire cambien ligeramente. [Figura 5 izq.] Posteriormente se seleccionan estrategias de diseño bioclimático para modificar las condiciones hacia una situación favorable en el interior. [Figura 5 dcha.] En particular, este nomograma de Triángulos de Confort no se adapta o responde adecuadamente a las tres localidades escogidas en el trabajo, que poseen un clima Cálido Seco Húmedo, Templado Seco y Semifrío Húmedo. [Figura 5]. Triángulos de confort y estrategias bioclimáticas de J.M. Evans. Fuente:http://zaloamati.azc.uam.mx/bitstream/handle/11191/5541/Educacion_triangulos _confort_Arauza_2010_MAB.pdf?sequence=1&isAllowed=y
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 15 Esto es debido a la presencia de intervalos altos de oscilación y a la no definición exacta de intervalos de humedad relativa. Tanto el diagrama de Ogyay, como el de Givoni, el climograma de Neila, el diagrama de Isopetas o los Triángulos de confort marcan estrategias de diseño para conseguir condiciones de bienestar térmico. Todas son válidas y pueden complementarse, por lo que se utilizarán y se compararán para verificar las estrategias a utilizar según los climas señalados en la península. 3.1.1. EL CLIMA La arquitectura y el clima están íntimamente relacionados en el diseño de los edificios, además de otros factores como la localización del edificio, los sistemas constructivos y materiales utilizados o las diferentes técnicas usadas. El clima de un lugar es el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera. Por tanto, dicho clima se precisa mediante características que no se alteran y que son propias del lugar. Todas ellas se denominan factores bioclimáticos. (F. Javier Neila, 2004). Dichos factores son por ejemplo, la latitud del lugar, el factor de continentalidad, el factor orográfico, la temperatura de la superficie del mar, la altitud sobre el nivel del mar o la naturaleza de la superficie de la tierra. El clima representa un factor clave en la arquitectura y pese a que no existe una única clasificación, se intentará dividir la península en tres de los principales climas en los que vamos a abordar parte del documento. Aunque no se pueden determinar unas zonas climáticas como “mejores” que otras que otras, sí es cierto que en unas resulta más fácil conseguir una arquitectura bioclimática en términos de eficiencia energética y económica, por lo que se deben utilizar diferentes sistemas bioclimáticos según el área.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 16 La península se puede dividir por zonas climáticas. [Figura 6]. Según sus características y según la clasificación climática de Köppen, se organiza en: - Clima mediterráneo. Se encuentra en la zona mediterránea peninsular, la costa sur atlántica peninsular y el archipiélago Balear junto con Ceuta y Melilla. Se caracteriza por inviernos húmedos y algo lluviosos pero con sensaciones térmicas suaves. Con temperaturas bajas aumentan las precipitaciones y a la inversa del mismo modo, cuanto más caluroso es el verano, menos lluvias. [Figura 6]. Localización de los climas en España. División en seis tipos de climas según criterios térmicos e higrotérmicos, zona geográfica y bienestar climático. Aunque se encuentren esos tipos, este documento se centrará en analizar la arquitectura bioclimática en tres de ellos: clima oceánico, continental y mediterráneo. Fuente:(https://es.slideshare.n et/profeshispanica/localizacinde-los-climas-de-espaa) [Figura 7]. Climograma de Valencia. Fuente de este y sucesivos gráficos: http://ies.juancarlosprimero.ciempozuelo s.educa.madrid.org/departamentos/gh/r ecursos/geografia/indice/temario/2_clim as/4.-
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 17 - Clima continental. Tiene su ubicación en la zona interior de la península excepto la zona media del valle del Ebro y abarca comunidades de la meseta central como Castilla y León, Castilla La Mancha, Aragón, Comunidad de Madrid, Extremadura. Las temperaturas sufren grandes variaciones debido al aislamiento por cadenas montañosas que impiden la influencia del mar, teniendo por tanto, veranos calurosos o frescos e inviernos fríos con presencia de heladas. Las precipitaciones son escasas o muy escasas si rozan con clima desértico. - Clima oceánico. Se encuentra en la zona norte del país: Galicia, Asturias, Cantabria y País Vasco. Las temperaturas medias anuales oscilan entre los 11 ºC y 14 ºC por lo que son suaves casi todo el año y con alto grado de humedad. Con precipitaciones abundantes en la mayor parte del año los inviernos son fríos, aunque no gélidos, y los veranos frescos o cálidos. [Figura 8]. Climograma de precipitaciones y temperaturas medias de Valladolid. [Figura 9]. Climograma de precipitaciones y temperaturas medias de Oviedo.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 18 A parte de estos tres, se pueden encontrar otras variantes en las que no se profundizará como: - Clima de montaña. En zonas a más de 1000 metros de altitud. Con precipitaciones abundantes, inviernos fríos y veranos frescos. - Clima subtropical. Con temperaturas cálidas durante todo el año, se encuentra en las Islas Canarias. - Clima desértico. Se halla en la zona del sureste peninsular y en la zona media del valle del Ebro y se caracteriza por tener unas precipitaciones muy escasas. 3.1.2. CALENTAMIENTO SOLAR PASIVO Y ACTIVO El término "pasivo" se refiere al diseño de la envolvente del edificio, mientras que el calentamiento "activo" se refiere al uso de cualquier fuente de energía externa, distinta de la energía solar térmica, utilizada para el aire acondicionado térmico del edificio. (Carballeira, 2017) Dependiendo de la zona climática se utilizarán unas estrategias u otras para la captación de la energía solar. De este modo, en el caso de climas fríos sería fundamental que el diseño del edificio favoreciera la acumulación de radiación solar para posteriormente devolverla al interior. Sin embargo, en zonas de clima templado se intentará buscar métodos de rechazo al calentamiento solar y favorecer la ventilación. Para avanzar hacia la zona de confort, es recomendado implementar las estrategias de absorción solar que permitan la ganancia de energía térmica dentro del espacio. La distribución de energía puede ser directa a través de la radiación (gradientes de temperatura) o convección (calentamiento del aire en contacto con el terreno emisor), o indirecta forzando el aire a través de los elementos acumulados y posteriormente forzando la circulación del aire en el espacio.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 19 Se proporcionan diferentes soluciones porque la energía puede ser capturada por cualquier parte de la envoltura del edificio, incluyendo el suelo, las paredes, la cubierta y especialmente las aberturas. Este último puede permitir la entrada de radiación durante los momentos en que sea necesario y evitar que esta radiación se escape del edificio mediante el uso de, por ejemplo, carpintería de vidrio apropiada. (F. Javier Neila, 2004) Los grandes ventanales de la fachada orientada al sur de una casa pasiva contribuyen en gran medida a la calefacción de espacios interiores de edificios. Un toldo en áreas cálidas permite la captura de radiación solar durante la temporada de invierno y limita este proceso durante el verano. (Guyot, 1980) Por lo tanto, las aberturas del edificio pueden facilitar la entrada de radiación solar para el almacenamiento en el piso del edificio que se puede devolver con una diferencia de fase de tiempo. [Figura 10] En menor medida, los techos verdes también ayudan a reducir el uso de energía. Las galerías de vidrio son elementos arquitectónicos que capturan la radiación solar durante las estaciones frías y mantienen la energía mediante el uso de cerramientos, pisos y materiales, que luego devuelven la energía con una diferencia de fase. (Jones, 2002) Este efecto de aprovechamiento de la radiación solar conllevará la mejora en la eficiencia energética de los edificios, pudiendo desarrollar sistemas pasivos tratados más adelante. [Figura 10]. Radiación solar en la estancia y posterior emisión de la estructura. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 20 3.1.3. EL EFECTO INVERNADERO El invernadero es una estrategia bioclimática muy similar a las mencionadas galerías de vidrio, que captura incluso más radiación solar debido a su superficie superior transparente. Trata de crear una habitación colindante al edificio en la que se aproveche la energía solar para calentar la casa o el local. El fenómeno del efecto invernadero permite que se caliente el espacio debido a la radiación que ha incidido sobre él. Las cualidades del vidrio, entre ellas, la de ser transparente a la radiación visible y opaco a la radiación infrarroja, hacen que el calor desprendido en forma de radiación infrarroja por los objetos ya calientes del interior del invernadero no se escape ya que el vidrio es opaco a dicha radiación. En verano, el efecto invernadero, tiene un funcionamiento algo distinto que en el invierno. En los meses más calurosos ayuda a la ventilación y a extraer calor durante el día y de noche, el calor que se ha acumulado en el invernadero, se evacúa por corrientes convectivas. En invierno, como el sol incide más paralelamente, durante el día se acumula el calor que por la noche es desprendido. [Figura 11]. Funcionamiento del efecto invernadero en verano. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 21 Otra estrategia muy similar que se profundizará, es el muro Trombe, un sistema pasivo de recolección de energía solar de forma indirecta, que se puede utilizar para el calentamiento interno de viviendas por medio de la transferencia de calor, ya sea por conducción, convección y/o radiación. 3.1.4. MURO PARIETODINÁMICO Se define como una interpretación del muro Trombe y se denomina así a los cerramientos que aprovechan la energía solar para el calentamiento del aire exterior de ventilación. Generalmente está formado por una hoja interior de fábrica, una cámara de aire y una hoja exterior acristalada o metálica que absorbe la radiación solar. La circulación del aire puede ser natural o forzada. (CTE – DB HE) El sistema permite ventilar un espacio sin que al aire de renovación afecte al confort interior, por lo que las paredes suelen tener mucha masa térmica. Su funcionamiento en invierno consiste en dirigir el aire exterior frio por las trampillas colocadas y dicho aire se climatiza debido a la radiación solar. En verano se altera la dirección de las trampillas permitiendo que se extraiga el aire caliente hacia el exterior del local gracias al efecto de la succión. Los sistemas pasivos por sí solos no pueden conseguir condiciones cómodas en el espacio, pero pueden ayudar a reducir el consumo de energía. [Figura 12]. Funcionamiento del efecto invernadero en invierno. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 22 En tales casos, las construcciones arquitectónicas deben diseñarse para permitir la entrada de radiación durante los momentos en que sea necesario y evitar que esta radiación salga de la envoltura del edificio. Esto se consigue cuidando los materiales y además requiere un enfoque en las paredes, techos y especialmente en las aberturas, donde la carpintería y el vidrio deben ser los apropiados. 3.1.5. INERCIA TÉRMICA En el diseño de la arquitectura bioclimática la inercia térmica juega un papel importante. Se utiliza para conseguir el confort térmico en el interior de los espacios. “Consiste en la capacidad de determinados elementos, arquitectónicos en este caso, para almacenar calor, conservarlo y liberarlo de una manera paulatina permitiendo un menor uso de sistemas mecánicos de calefacción e incluso de refrigeración.” (https://www.certificadosenergeticos.com/inercia-termica-construccion-edificios-eficientes) La inercia térmica depende de las características del material en las que se encuentran: - Su calor específico. Capacidad para almacenar el calor. - Su masa. La capacidad calorífica de un cuerpo mide la energía transmitida y la variación de temperatura que experimenta dicho cuerpo. A más capacidad calorífica, mayor energía es necesaria transmitirle para que aumente su temperatura. [Figura 13]. Funcionamiento del muro parietodinámico en INVIERNO – VERANO. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 23 Al aumentar la masa, aumenta también su capacidad calorífica y a su vez, su inercia térmica. - Su densidad. Relación entre la masa y el volumen del elemento. Es directamente proporcional a la inercia térmica por lo que a mayor densidad, mayor inercia. Los materiales utilizados en la construcción de edificios permiten mantener una temperatura inalterable durante todo el día gracias a la inercia térmica. Los muros con gran inercia térmica facilitan el enfriamiento sin el uso de un equipo de refrigeración ya que absorben calor por el día y lo emiten por la noche de tal forma que mantienen una temperatura constante. Los materiales con gran inercia térmica pueden ser por ejemplo el granito o el adobe, aunque también se utilizan algunos como la madera, el ladrillo o el hormigón, entre otros. La inercia térmica en los materiales no siempre es conveniente. En el caso de edificios que no se usen continuadamente, el sistema de una envolvente con gran inercia térmica no es un buen recurso ya que estos edificios necesitan más tiempo para calentarse. En países fríos como en el norte de Europa se construyen los edificios con baja inercia térmica porque su forma de construcción se basa en la colocación de grandes espesores de aislante, carpinterías muy estancas y bien selladas, por lo que las pérdidas de calor son mínimas. Por el contrario en España, el sistema constructivo que se utiliza integra materiales que facilitan la transmisión e intercambio de calor como el cemento, hormigón, yeso, cerámica… La inercia térmica del edificio hace que se almacene la energía en su masa pero se pierde por ese elevado intercambio de calor, por lo que sería conveniente utilizar sistemas de aislamiento por el exterior y elementos de inercia térmica por el interior.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 30 3.2. Principales tendencias en relación historia - arquitectura 3.2.1. CONSTRUCCIÓN DE LA ARQUITECTURA VERNÁCULA La arquitectura bioclimática se basa a veces en la arquitectura vernácula. Pretende analizar la arquitectura tradicional basada en el clima y la cultura de un lugar y estudiar las soluciones arquitectónicas y de construcción. Este tipo de arquitectura se adapta al clima del lugar sin utilizar dispositivos adicionales que consuman energía y dejen una huella ecológica. El conocimiento de la arquitectura vernácula implica la consideración de ciertos aspectos de la construcción de la siguiente manera: (a) Las prácticas de construcción tradicionales están relacionadas con la sabiduría del conocimiento popular y se transmiten a través de la tradición con poca o ninguna intervención profesional en las fases de construcción. (b) Los materiales son específicos del lugar de construcción y las tecnologías se adaptan a las características bioclimáticas locales. En este sentido, los diseños arquitectónicos regionales incorporarán el uso de madera o tierra como materiales de construcción. (Rodríguez, M. 2005) [Figuras 19, 20 y 21]. Materiales utilizados en la arquitectura vernácula: Adobe - Madera – Piedra. Fuentes:https://portal.uah.es/portal/page/portal/epd2_asignaturas/asig32954/informa cion_academica/SDE2012%20%20%20Introducci%F3n%20a%20la%20construcci%F3n%2 0sostenible.pdf y Google Imágenes.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 31 (c) Su uso está relacionado principalmente con áreas rurales donde la tecnología moderna de construcción no tiene demasiado alcance. Para realizar un análisis, las primeras áreas de estudio son el clima dependiendo de la ubicación, la radiación solar e incluso la orientación predominante del viento, todo lo cual puede afectar la envolvente del edificio. Un análisis necesario también abordará los materiales con los que se construyen los edificios y los correspondientes datos sobre el rendimiento térmico y la evolución de la temperatura en la arquitectura vernácula. A partir de un análisis arquitectónico de este tipo, se podría concluir que el diseño proporciona comodidad general climática, visual y sensorial, ayudando a controlar la iluminación natural y el mantenimiento natural de la temperatura. (Calavia, 2016) Las estrategias utilizadas se inspeccionan para facilitar la traducción posterior a la arquitectura moderna y contemporánea, o a los intentos de restauración y reconstrucción. Las estrategias y su correspondiente estudio implican un avance para adquirir confort arquitectónico sin consumo de energía. La variedad de estrategias es tan amplia como la variedad de climas, costumbres populares y culturas. (Carballeira, 2017) La arquitectura actual se basa en dispositivos de control del clima para mantener la comodidad dentro de las estructuras. Esta estrategia produce un elevado consumo energético que afecta al medio ambiente. Las estrategias arquitectónicas vernáculas ayudan a reducir el consumo de energía y también representan la base desde la cual desarrollar otras estrategias para una mejor adaptación a las condiciones sociales de la arquitectura moderna. Estas estrategias están vinculadas a condiciones específicas, aunque se pueden exportar como en el ejemplo del patio de la arquitectura mediterránea que también se ha utilizado en el continente americano. Por lo tanto, dada la naturaleza global, es interesante intentar estrategias de otros lugares para alcanzar objetivos similares.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 32 En resumen, el análisis de la arquitectura vernácula es fundamental para comprender el comportamiento climático de un edificio en su entorno, cuyo conocimiento se ha acumulado durante siglos, y las adaptaciones de este conocimiento a las costumbres actuales de la sociedad. 3.2.2. EJEMPLOS BIOCLIMÁTICOS DE ARQUITECTURA VERNÁCULA Los diferentes sistemas utilizados en la arquitectura tradicional tienen mucha relación con la zona geográfica donde se encuentre la construcción. Las personas que habitaban en cada zona no disponían de tantos medios como se conocen ahora y solo utilizaban los materiales del territorio ayudándose del conocimiento que poseían para combatir el clima de ese lugar. De este modo y en relación con los tres climas al principio explicados, se pueden mencionar algunos ejemplos que ayudan a la comprensión del avance posterior de la arquitectura en este ámbito complejo como es la sostenibilidad. (a) El rancho marismeño (Clima mediterráneo). El Parque de Doñana está situado al sudoeste de la Península Ibérica, con una superficie de 50.720 hectáreas. Sus terrenos pertenecen a las provincias de Huelva y Sevilla. La característica más acentuada de Doñana es el contraste biogeográfico. [Figura 22]. Plano en planta de la Casa Patio en Chimbote, Perú Arquitecto: Jose Luis Sert. Fuente: http://docshare.tips/casapatio_5828de4db6d87f09 628b4bec.html [Figura 23]. Choza marismeña. Fuente: Elaboración propia
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 33 Las chozas de Doñana constituyen una de las tipologías edificatorias más antiguas de Andalucía. Son un claro ejemplo de arquitectura vernácula, en las que sus habitantes utilizan los materiales de entorno para realizar construcciones que se adaptan al clima, proporcionando un espacio que soluciona de forma sencilla y económica las necesidades básicas, integrándose discreta y bellamente en el paisaje. El denominador común de la mayoría de los suelos de Doñana es la salinidad, que los convierte en no aptos para Ia agricultura. Sin embargo, el parque es un espacio muy productivo para la caza, la pesca, la apicultura, los aprovechamientos forestales y la ganadería. En 1737 el VII Duque de Medina Sidonia realiza una repoblación masiva de pinos. Como consecuencia de esta intervención forestal se incrementa el número de personas que subsistían gracias a los aprovechamientos tradicionales como la recogida de la piña o la obtención de madera. Todo ello da lugar a la aparición de varios poblados de chozas en la zona del Coto. Descripción formal y constructiva. Los ranchos marismeños constan de dos chozas rodeadas por un cercado (unidad familiar). Una de las chozas se utiliza como cocina y la otra como vivienda y en su interior se encuentra un espacio único diáfano. La estructura general es de troncos de madera, sobre la que se coloca un trenzado de juncos. La cubierta, consigue el efecto impermeabilizante debido al material con el que se construye, una mezcla de arcilla y estiércol colocados con gran pendiente. [Figura 25] [Figura 24]. Ubicación Parque Natural de Doñana. - Fuente: Google Imágenes
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 34 Aprovechamientos medioambientales y estrategias bioclimáticas. Las maderas usadas tradicionalmente para las chozas eran la sabina y el enebro, muy resistentes a la humedad y a los insectos. Los materiales utilizados para el revestimiento de las chozas son el junco, la castañuela, el brezo y el barrón. El primero es el más indicado para esta labor. El brezo se utiliza para los cercados de los ranchos o de los huertos, como protección frente a la entrada de animales. El barrón era utilizado por los colonos como revestimiento en las zonas bajas de la choza debido a que es más resistente. - Protección del sol y ventilación. - Las chozas tienen muy pocos huecos al exterior. Sin embargo, las paredes de juncos trenzados permiten una continua ventilación evitando el sobrecalentamiento. - Aislamiento. - Se consigue también con la gruesa capa de juncos. - Enfriamiento. - En verano, con las altas temperaturas, se humedece el suelo de arcilla batida para provocar el efecto de evaporación y así bajar la temperatura interior. - Calentamiento. - En invierno se calientan las chozas quemando carbón. A tener en el interior un acabado de madera y juntos se produce una calentamiento rápido. (b) El molino de viento. (Clima continental) El molino de viento es una máquina para moler compuesta de una muela, una solera y los mecanismos necesarios para transmitir y regularizar el movimiento producido por la fuerza motriz del viento. [Figura 25]. Interior de la choza marismeña. Fuente: Google Imágenes
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 35 Los molinos de viento aparecieron en oriente próximo a principios del siglo VII. La civilización islámica lo extendió por todo el mediterráneo hasta la mitad sur de la península ibérica. Aproximadamente hacia el siglo XII se extendió a Centroeuropa, probablemente traído por los cruzados. El molino manchego se considera el nexo de unión entre ambas culturas: la mediterránea y la centroeuropea ya que en la disposición de las velas y en la arquitectura de la torre se parece a los molinos mediterráneos, mientras que la forma de las palas y su disposición son de influencia centroeuropea. Durante siglos se construyeron en toda La Mancha molinos de viento por el escaso uso de los molinos de agua que no podían ser utilizados debido a la sequía de la zona. Los molinos de viento poblaron todo el territorio de La Mancha. Con el tiempo han ido desapareciendo muchos aunque se conservan principalmente en la localidad de Consuegra, provincia de Toledo, los del Campo de Criptanal en la provincia de Ciudad Real y también al sur de Cuenca. Todos están situados en colinas o elevaciones y en lugares donde nada obstaculice la mejor captación del viento y donde su velocidad sea más elevada. Descripción formal y constructiva. El molino manchego consta de una torre cilíndrica y una cubierta cónica. La construcción mide 8 metros de altura y 5 de diámetro, y está formado por tres plantas. [Figura 26]. Zonas geográficas de España con mayor número de molinos de viento. Fuente:https://commons.wikimedia.org/wiki/F ile:LocationLa_Mancha.png
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 36 En la planta superior está toda la maquinaria que transmite la fuerza del viento para realizar la molienda del grano y una serie de pequeñas ventanas para facilitar la orientación de las aspas. En la planta intermedia se recoge la harina y se limpia de las impurezas. También se guardan las herramientas. En la planta baja está la desembocadura del canalón por donde sale la harina limpia y el contrapeso para actuar sobre el mecanismo del alivio, que sirve para controlar el grosor o finura de la harina. La torre que constituye el molino está realizada con mampostería de piedra y adobe sobre la cual se encuentra la cubierta cónica (de tela, paja o chapa de zinc) realizada sobre un entramado de madera. El eje horizontal de madera contiene las cuatro aspas y el palo de gobierno, cuya función es cambiar la orientación de la cubierta para aprovechar los vientos dominantes. El movimiento de las aspas produce el giro del eje, que mediante un mecanismo interno de ruedas verticales y horizontales realizan el movimiento de la molienda. [Figura 27]. Partes del molino de viento. Fuente: Elaboración propia [Figura 28]. Molino de viento desde el exterior. Fuente: Elaboración propia
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 37 Aprovechamientos medioambientales y estrategias bioclimáticas. El enfoque bioclimático del molino de viento es de claro aprovechamiento de la energía. La formalización del edifico (estructura cilíndrica) permite una mayor captación de viento disminuyendo la fachada expuesta al mismo. Las aberturas de escaso tamaño que se encuentra en la zona superior servían a los maestros molineros para conocer los parámetros del viento, ya que en esa época carecían de dispositivos tecnológicos de medición. En el interior de los molinos de viento, la temperatura es considerablemente estable gracias a la gran inercia de los muros. Los materiales empleados eran autóctonos, y se trataban blanqueando la superficie para una menor incidencia de la radiación solar. (c) El hórreo. (Clima oceánico) El hórreo es una construcción destinada fundamentalmente a despensa y granero que servía para guardar y conservar los alimentos alejados de la humedad y de los animales (principalmente ratones y otros roedores) para mantenerlos en un estado óptimo para su consumo. En todo el planeta se encuentran graneros aéreos sobre pies: en Europa se pueden encontrar en Noruega, Polonia, Suecia o España. [Figura 29]. Molinos de viento de la zona de Consuegra, Toledo. Fuente:https://www.hoy.es/20100104/sociedad/molinos-mancha-pasan- 20100104.html
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 38 Se cree que el hórreo tiene su origen en graneros elevados y ventilados que existían en los poblados celtíberos antes de la llegada de los romanos. Pero la primera referencia documentada de la existencia de los hórreos es del año 800 relativo a la fundación de un monasterio en la provincia de Burgos. Al principio estaban ligados a casas grandes y monasterios, pero la consolidación del hórreo se produce en el siglo XVII favorecido por la difusión del cultivo del maíz. El hórreo fue una construcción auxiliar indispensable en la vida campesina del norte húmedo peninsular. La mayor proliferación será a partir de la desamortización del siglo XIX porque reestructura la propiedad de la tierra y de las rentas hasta la mecanización de las áreas agrícolas a mediados del siglo XX. Su buena adecuación a unas necesidades climáticas muy específicas de lluvias frecuentes y humedad abundante hizo que se extendiera en áreas muy diferentes del norte de la península con adaptaciones según las zonas. En la Península Ibérica hay dos grandes áreas: la primera la del hórreo cuadrado asturiano y la de los “garaixes euskeras”, que va de Vizcaya a Santander, León y Palencia, llegando a zonas montañosas de Galicia oriental, la segunda es la del hórreo rectangular gallego que va de las comarcas occidentales asturianas hasta áreas situadas al sur del Duero, a la altura de Aveiro. [Figura 30]. Situación geográfica de los hórreos en el norte de España. Fuente:http://www.residencia.csic.es/teran/img/obra/cantabria.pdf
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 39 Descripción constructiva Los hórreos suelen situarse en zonas donde, generalmente, no es necesaria una cimentación. Si fuera así se construiría una solera. En ese caso, sobre la solera se colocarían los soportes que sirven para separar la cámara del suelo y así aislar el grano y los alimentos de la humedad. Dichos soportes pueden ser de sistemas constructivos diferentes como por ejemplo: Columnas de piedra o madera (mínimo cuatro), muros de carga transversal, o cuatro muros de mampostería. El prisma donde se guardan los alimentos se soporta mediante un entramado de cuatro vigas en las que se apoyan las columnas y los paramentos verticales. La longitud de las vigas depende del material. Si son de madera, su longitud será de unos 4 o 5 metros, mientras que si son de cantería, irán de 1,5 a 1,8 metros. La cubierta apoyada sobre una viga longitudinal, posee un diseño tradicional a dos aguas que normalmente vuela para proteger de la lluvia. Los materiales empleados en su construcción son muy variados, aunque siempre se utilizan materiales autóctonos usados en la arquitectura popular: cantería, madera especialmente de castaño, teja de cerámica en cubierta o losas de pizarra. [Figura 31]. Hórreo situado en Allariz, Ourense. Fuente:https://es.wikipedia.org/ wiki/Archivo:Horreo_de_madeira ,_en_Allariz.jpg [Figura 32]. Sujeción de la parte inferior del hórreo. Fuente: NEILA GONZÁLEZ, F.J., (2004) Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 46 4. FASE PRÁCTICA 4.1. Propuesta En esta parte práctica se abordará en profundidad uno de los sistemas citados en la fase anterior, el muro Trombe. Para describir su funcionamiento se plantarán tres problemas prácticos según las zonas tres de las diferentes áreas geográficas de la península, y sus respectivos climas: mediterráneo, continental y oceánico. Estas distintas ubicaciones (concretamente Valencia, Valladolid y A Coruña) servirán para conocer las ventajas e inconvenientes de esta técnica según sus características ambientales diseñando hipotéticas viviendas con gastos energéticos por calefacción nulos. 4.2. Estrategia bioclimática: el muro Trombe En la antigüedad, muchas de las construcciones de viviendas se realizaban con muros gruesos de piedra o adobe que captaban el sol durante el día y lo emitían durante la noche calentando de esta forma el interior. Estas técnicas se han mejorado con muros que almacenan y distribuyen el calor de manera controlada, llamados, muros Trombe. Aunque el muro Trombe se diseñó (por Edward Morse) en la década de 1880, no fue hasta los años 60 del siglo XX cuando se popularizó de la mano del ingeniero Félix Trombe y el arquitecto Jacques Michel, de ahí su nombre común, muro Trombe o Trombe – Michel. Los antiguos muros, que conseguían esa arquitectura pasiva, comparten algunas ventajas con los modelos actuales, como por ejemplo la variedad de materiales relativamente asequibles que se utilizan para su construcción, además de no poseer demasiado mantenimiento. [Figura 39]. Ubicación del área de estudio. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 47 4.2.1. EL MURO TROMBE: FUNCIONAMIENTO Este sistema pasivo que recoge energía solar de forma indirecta se utiliza para el calentamiento del interior de viviendas y edificios mediante transferencia de calor por convección, conducción o radiación. La técnica se basa en el efecto invernadero, mencionado anteriormente. Dicho muro, se debe orientar al sur si la construcción se encuentra en el hemisferio norte, y viceversa, al norte si se encuentra en la zona sur del planeta. En los ejemplos de la península, el muro se orientaría hacia el sur por la ubicación de España. El sistema está compuesto (de exterior a interior) principalmente por cinco elementos: (a) Un vidrio lo más espeso posible, doble o triple con cámara de aire interior. (b) Una cámara de aire, delimitada por el muro y el vidrio. (c) Un alero superior para que proteja el espacio interior entre el muro y el vidrio de la caída de algún elemento. (d) Un muro interior que debe tener alta masa e inercia térmica, por lo que se utilizarán materiales tales como fábrica de ladrillo, hormigón o piedra… Debe ser o estar pintado de un color oscuro, o recubierto de una lámina metálica que refleje el calor y siempre protegido con un aislante al interior. [Figura 40]. Principales elementos del muro Trombe. Fuente: http://mrbimarchitects.co m/blog-es/muro-trombe- climatizacion-pasiva/
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 48 El muro trabaja desarrollando principalmente dos funciones. La primera, absorbiendo la radiación solar por el cristal exterior. Este vidrio se debe colocar a una distancia de entre 20 y 150 cm de la pared para generar esa cámara de aire. La segunda sería transfiriendo ese calor por conducción a través de la pared. Dicha pared, de unos 20-40 centímetros, se calienta por la radiación que incide en el vidrio y almacena el calor en su masa térmica. La radiación que el muro ha absorbido durante el día y que emite por la noche no puede volver a atravesar de nuevo el vidrio porque tiene una onda demasiado larga, por lo que se produce el efecto invernadero y el aire que se encuentra en la cámara se calienta. Se incluyen en la superficie del muro orificios con sus respectivas válvulas. Unas aberturas en la parte superior y otras en la inferior, que crean un bucle de aire convectivo, donde el aire frio que se ubica en el interior del espacio circula por la zona inferior hacia la cámara de aire, donde se calienta y vuelve a entrar al interior del local. En arquitectura, los muros Trombe se combinan con ventanas, voladizos y otros elementos constructivos que regulen el flujo de radiación solar. Las ventanas permiten una absorción solar directa durante el día, mientras que el muro Trombe desprende el calor almacenado durante la noche por lo que su combinación resulta excelente. [Figura 41]. Aprovechamiento de la radiación solar para el sistema pasivo muro Trombe. Fuente: Elaboración propia
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 49 En los meses de verano es necesario el uso de voladizos que protegen al muro de acumular calor que no es necesario y de sobrecalentamientos. 4.2.2. DISEÑO Las condiciones climáticas (latitud, temperatura, viento…) se relacionan con la necesidad de calefacción en el interior de los edificios. Todos ellos son factores externos que se deben tomar en cuenta para el dimensionado del muro Trombe. (a) El clima: La cantidad de calor perdido por el muro depende necesariamente de la diferencia entre la temperatura externa e interna de la estancia. Cuanto más grande sea la diferencia mayor serán las pérdidas, por eso, para climas muy fríos se deberá sobredimensionar el muro. (b) Latitud y orientación: Las dimensiones del muro depende de la latitud de la zona donde se encuentre el edificio, de manera que cuando aumenta la latitud es preciso aumentar el espesor del muro. En las zonas del hemisferio norte. Los factores internos de los materiales también influyen en el dimensionado y en la eficiencia del sistema, entre ellos, el espesor del muro, la superficie del vidrio, el número y las dimensiones de las aberturas… [Figura 42]. Distintas posiciones y formas de funcionamiento en verano y en invierno. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 50 4.2.3. MODELOS Aunque normalmente se utiliza un tipo de muro Trombe conocido como tipo ventilado, existen en realidad dos variantes de este sistema pasivo que puede responder a distintos resultados para diferentes zonas climáticas. (a) Muro Trombe no ventilado Es el modelo más sencillo ya que consta únicamente de una pared con gran masa térmica trasdosada al exterior con el correspondiente vidrio y dejando en su interior una cámara mínima de entre 2 y 5 centímetros ya que no es necesaria la convección de aire. La pared únicamente absorbe el calor que proviene de la radiación solar y lo irradia hacia el interior del local, por lo que la temperatura del muro es siempre inferior a la de la cámara de aire. Como no existe cámara de aire, la inercia térmica del muro es un factor clave para que el sistema funcione. Al retardarse la entrada de calor del exterior hacia el interior de la estancia, el muro Trombe no ventilado se utiliza para viviendas en las que usan continuadamente. (b) Muro Trombe ventilado Este es el modelo original, el cual tiene orificios de ventilación en las zonas inferior y superior del muro opaco. Estas aberturas permiten la entrada de aire caliente mediante los huecos superiores y la salida del aire frio por los inferiores hacia la cámara de aire, donde por efecto invernadero se vuelve a calentar. [Figura 43]. Posibilidad de funcionamiento del muro Trombe ventilado. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 51 En invierno la radiación pasa por el acristalamiento y es absorbida y almacenada por el muro. Dicho muro, al calentarse, emite parte del calor al interior de la estancia y otra parte a la cámara de aire. En verano es necesario modificar el cambio de dirección del aire en las aberturas del muro. Con esto se consigue la salida de aire caliente del interior y se desciende la temperatura del interior. Estas corrientes de aire caliente o templado pueden calentar o enfriar el espacio interior según cómo estén regulados los mecanismos de control en las ventilaciones. Debido a la diferencia de densidad del aire caliente y el frio se producen corrientes en una dirección u otra. El nombre de muros Trombe ventilados se debe a la presencia de los orificios colocados en la parte opaca del sistema. Dichos orificios de termocirculación inducen la circulación natural de del aire caliente, que dura hasta 3 horas después de que la radiación del sol acabe. [Figura 44]. Modelo de muro Trombe no ventilado Fuente: Elaboración propia. [Figura 45]. Posibilidad de funcionamiento del muro Trombe ventilado. Fuente: Elaboración propia. INVIERNO CALEFACCIÓN INVIERNO VENTILACIÓN (Calentamiento del aire) VERANO VENTILACIÓN (Chimenea) VERANO (Fachada ventilada)
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 52 4.3. Experimentación según área geográfica. Para relacionar los distintos sistemas bioclimáticos con los climas escogidos de la península se presenta una tabla en la que se expresa el grado de conveniencia del tipo de sistema según la ubicación geográfica. Aunque más a fondo se profundizará el muro Trombe, es necesario conocer también cómo actúan las demás estrategias bioclimáticas que aparecen en el diagrama de Baruch Givoni anteriormente explicado. Leyenda: X → Muy apropiado O → Bastante apropiado -- → Poco apropiado MEDITERRÁNEO CONTINENTAL OCEÁNICO (a) Muro Trombe O X -- (b) Muro Parietodinámico O X O (c) Efecto invernadero -- O X (d) Calefacción por ganancias internas X O -- (e) Calentamiento solar -- O X (f) Humidificación -- X -- (g) Protección solar X O -- (h) Calefacción convencional (i) Enfriamiento por alta masa térmica X O -- (j) Refrigeración por ventilación natural -- O -- (k) Enfriamiento evaporativo O X -- (l) Aire acondicionado X O -- [Figura 46]. Tabla sobre el grado de conveniencia de las distintas estrategias bioclimáticas. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 53 4.3.1. CLIMA MEDITERRÁNEO (VALENCIA) El clima mediterráneo se caracteriza por tener temperaturas suaves durante casi todo el año por lo que las sensaciones térmicas diurnas durante los inviernos son generalmente confortables. Determinando la zona climática de Valencia como B3, se observa la relación de temperaturas medias y humedades relativas en cada mes del año. B3 Ene. Feb. Marzo Abril Mayo Jun. Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Tmedia 10.4 11.4 12.6 14.5 17.4 21.1 24 24.5 22.3 18.3 13.7 10.9 HRmedia 63 61 60 62 64 66 67 69 68 67 66 64 La localización en este primer caso en la ciudad de Valencia, posee una temperatura media de 10,9ºC y una humedad relativa de 62,3% (entre Diciembre, Enero y Febrero, los meses más afectados por bajas temperaturas) y de 23,6ºC y 68% en verano (Julio, Agosto y Septiembre). En términos generales se tratará el uso de las estrategias que aparecen en el diagrama de Givoni según los distintos climas por lo que se analizarán temas de protección solar, refrigeración por alta masa térmica, por evaporación, calefacción por ganancias internas o por calentamiento solar entre otros. Se representa en puntos de mayor tamaño las posiciones inicial (color rojo) y final (color azul), y en línea de puntos de menor tamaño los datos de temperaturas y humedades relativas (color rojo) y el recorrido a realizar (color azul). El clima mediterráneo tiene unas temperaturas estables durante todo el año pero la necesidad de controlar unos factores u otros dependerá también de la estación en la que se ubique el estudio. [Figura 47]. Tabla temperaturas medias y humedades relativas zona B3. Fuente: Elaboración propia y datos obtenidos del Código Técnico de la Edificación, en su Documento Básico de Ahorro Energético (DB-HE-CTE)
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 54 En invierno las temperaturas no son demasiado bajas y las humedades relativas se mantienen de forma casi uniforme pero no existen unas condiciones de bienestar térmico por lo que simplemente con aumentar la ganancia solar (zonas ④ y ⑤) sin modificar excesivamente la humedad relativa llegaríamos a un punto de temperatura ideal del bulbo seco entre 21ºc y 25ºC. La excepción de algunas noches donde las temperaturas descienden a los 3ºC – 4ºC crea la necesidad de utilizar la calefacción solar pasiva. Por ser una zona costera no necesitaría humificación, el punto se encuentra fuera de la zona ⑥. En verano la situación es ligeramente diferente. Por temperatura y humedad se hallaría rápidamente el confort térmico pero la continuada radiación solar hace que se necesite protección. Sería necesaria dicha protección pero únicamente en los meses más calurosos, cuando se sobrepasa el límite de la zona ⑧, por lo que es recomendable utilizar por ejemplo árboles de hoja caduca, que en invierno permitan el paso de la radiación y en los meses calurosos proteja con sombra. [Figura 48]. Diagrama de Givoni en condiciones de invierno. Clima mediterráneo. Fuente: Elaboración propia. [Figura 49]. Diagrama de Givoni en condiciones de invierno. Clima mediterráneo. Fuente: Elaboración propia. Todos los diagramas: https://idus.us.es/xmlui/bitstream/handle/1144 1/59473/Bote%20Alonso%2C%20inmaculada%2 0%28espa%29.pdf?sequence=2&isAllowed=y
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 55 En ocasiones no es suficiente para alcanzar el bienestar los medios naturales. Debido a que durante las horas del día se suelen alcanzar las zonas ⑬ o ⑭ es precisa la utilización de medios mecánicos como aire acondicionado. 4.3.2. CLIMA CONTINENTAL DE INTERIOR (VALLADOLID) El clima continental de interior de la Península Ibérica se caracteriza por unas grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche. Debido a esto se necesita proporcionar calor suplementario en espacios estanciales y reducir así la demanda de calefacción. La ciudad de Valladolid se sitúa en la zona climática D2 con unas temperaturas y humedades relativas como las siguientes: D2 Ene. Feb. Marzo Abril Mayo Jun. Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Tmedia 4.1 6.1 8.1 9.9 13.3 18.0 21.5 21.3 18.6 12.9 7.6 4.8 HRmedia 82 72 62 61 57 52 44 46 53 67 77 83 En la situación de invierno, la temperatura media se encuentra en 5ºC y humedad relativa en 79%. Estas condiciones sitúan el punto inicial en la zona ⑤ y para mejorar el bienestar es necesario utilizar todos los recursos de calefacción: calefacción convencional, captando el máximo la radiación solar (zonas ③ y ④), incluso calefacción con ganancias internas. [Figura 50]. Tabla temperaturas medias y humedades relativas zona D2. Fuente: Elaboración propia y datos obtenidos del Código Técnico de la Edificación, en su Documento Básico de Ahorro Energético (DB-HE-CTE) [Figura 51]. Diagrama de Givoni en condiciones de invierno. Clima continental. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 62 (b) Valladolid (clima continental) Sin modificar la humedad relativa no se podría alcanzar la zona de confort por lo que el muro Trombe no satisfaría las necesidades de bienestar ya que solo modifica las temperaturas. Para alcanzar una situación óptima se debería modificar primero la temperatura, aumentándola y disminuyendo a la vez la humedad relativa. Se alcanzaría la zona de confort al límite por lo que para las personas que normalmente tengan una sensación térmica inferior a la común entre los demás individuos se debería aumentar la temperatura. En el ejemplo del invierno, el muro opaco del sistema deberá ser de materiales con una elevada masa térmica, ya que estos aprovechan los aportes de calor diurnos y lo expulsan al interior durante la noche debido al retraso térmico del material (unas 8 – 12 horas). [Figura 58]. Diagrama de Givoni en condiciones de invierno. Fuente: Elaboración propia. [Figura 59]. Diagrama de Givoni en condiciones de verano. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 63 Además, la eficacia es mayor ya que el muro ha descargado durante la noche la energía que contenía y por tanto, al día siguiente es capaz de captar de nuevo el aporte calorífico de la radiación solar. Todo ello se debe acompañar de una buena ventilación natural durante la noche. (c) A Coruña (clima oceánico) Es evidente que en estas áreas geográficas, el sol no índice las mismas horas ni con la misma fuerza que en otros lugares, por lo que a priori, el sistema de muro Trombe puede parecer menos eficaz. Sin embargo, se pueden modificar parámetros y características en los materiales que hagan de este sistema pasivo, un aliado en la reducción de energía. En esta zona climática es muy importante el tipo de vidrio, para que permita la máxima entrada de radiación posible. Además no debe dejar escapar el calor del muro haciendo que el sistema funcione satisfactoriamente. Las temperaturas medias en invierno son de 10,53ºC y la humedad relativa es de 77%. Estas son condiciones demasiado frías y de larga duración como para que el muro Trombe tenga un efecto directo en la estancia. Por el día se necesitaría más radiación solar para que por la noche se pudiera desprender la suficiente energía como para no hacer uso de calefacción por medios mecánicos. Como se observa en el trayecto azul de la figura 60 lo importante es aumentar la sensación térmica y no la humedad, por lo que las aberturas del muro Trombe no serían indispensables, ya que, aunque las temperaturas no sean muy altas, la diferencia entre ellas tanto e invierno como en verano es escasa. [Figura 60]. Diagrama de Givoni en condiciones de invierno. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 64 En los meses calurosos la humedad relativa no varía demasiado, siendo de un 79% y las temperaturas medias de 18,4ºC En este clima se alcanza prácticamente la zona de confort sin necesidad de sistemas bioclimáticos en verano y de ese modo se entiende el muro Trombe una estrategia únicamente en los meses de invierno por lo que no sería demasiado rentable. Aun así el muro puede convertirse en otro tipo de recurso aunque no se necesite estrictamente más temperatura en el interior del local. Po ejemplo, usando tubos, caños o tanques de agua que pueden formar parte de dicho muro, se aporta calor al sistema de agua caliente reduciendo así el consumo energético. A pesar de que en cada zona climática esta estrategia dependa de muchos factores, el muro debe estar manejado de manera consciente, para tener claro en qué momento hay que abrir las aberturas, si es que posee, con el fin de lograr un buen resultado. [Figura 61]. Diagrama de Givoni en condiciones de verano. Fuente: Elaboración propia.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 65 5. CONCLUSIONES A través de lo expuesto en este Trabajo de Fin de Grado se puede colegir cómo los sistemas bioclimáticos influyen en el diseño de los edificios y la forma en la que los antepasados, con recursos no tan tecnológicos, han conseguido desarrollar tácticas que sirven de precedente para estudios actuales. Como menciono en mi introducción el bienestar humano es considerado como uno de los factores más importantes para la sociedad, pero en muchos casos, cobra más o menos importancia dependiendo de la situación geográfica. El alcance del bienestar puede realizarse de distintas formas pero es necesario tener en cuenta el cuidado del medio ambiente y ser responsables con la sostenibilidad del planeta. En el trabajo se ha tratado de sintetizar las diferentes herramientas que nos permiten entender cómo funciona hoy en día la arquitectura bioclimática. Los diagramas son los encargados de analizar las condiciones climáticas de un lugar en cuanto a su temperatura y humedad relativa, y con dichos datos, hemos encontrado las soluciones más pertinentes para alcanzar la zona de confort. A parte de los parámetros más desarrollados en el trabajo como son los que integran el diagrama de Givoni, se estudia en profundidad uno de los sistemas más completos y sostenibles, el muro Trombe. A través de este sistema se puede entender cómo influye el clima de una zona en relación a los materiales utilizados teniendo en cuenta factores como la masa térmica, el calentamiento solar o la ventilación. Se ha profundizado en el estudio de diseños arquitectónicos, desde los más primitivos, que aprovechan técnicas variadas, como contemporáneos, que se basan en los anteriores y consiguen resultados más sostenibles. Analizar ejemplos ayuda a comprender el funcionamiento de otros sistemas y a interpretar su eficacia según la zona geográfica donde se lleven a cabo.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 66 El clima de un lugar es uno de los factores más importantes para entender el funcionamiento de los parámetros que rigen cómo ha de ser el diseño de un edificio. En todo el trabajo me he centrado en tres de los más importantes climas de la península, porque según sean cálidos, templados o fríos será adecuado utilizar unas técnicas u otras. En las zonas de clima mediterráneo, aunque la zona de confort se alcance en diversos puntos del año sin necesidad de modificar muchos parámetros, es necesario pensar en el uso de materiales y de aislantes que no permitan escapar el calor, sin olvidar recursos tan naturales como la propia vegetación. En climas secos como el continental de interior resulta indispensable la ventilación y la humidificación para alcanzar el bienestar. En los meses más calurosos sobre todo, el diseño debe adaptarse para evitar el masivo calentamiento solar que irradia sobre la meseta peninsular. En el litoral norte, cuyas condiciones climáticas son húmedas, la protección solar no es necesaria pero sí la captación solar tanto pasiva como activa así como la masa témica del edificio, que influye en las condiciones interiores de la estancia. Describiendo las estrategias bioclimáticas arquitectónicas empleadas en la arquitectura y analizando las existentes según las condiciones climáticas de España, se es capaz de analizar soluciones efectivas aplicadas a nuevos proyectos. En lo que se refiere a la intención original de mi trabajo sobre los sistemas bioclimáticos en España, concluyo que es necesario tener en cuenta todos los factores que formalizan una solución final a la hora de proyectar un edificio bioclimático. El futuro de la arquitectura, a mi parecer, es un futuro sostenible, preocupado por el confort de las personas y cuidadoso con el planeta, por lo que la arquitectura debe ser partícipe y responsable de alcanzar los objetivos sostenibles.
SISTEMAS BIOCLIMÁTICOS EN LA ARQUITECTURA DE ESPAÑA Universidad de Valladolid – Elisa Calvo Martín 67 6. BIBLIOGRAFÍA LIBROS - GUYOT, A., IZARD, J.L., (1980) Publicado por GILI, G,. Arquitectura bioclimática. Ed. Construcción alternativa. - JONES, D.LL., CANO CAMARASA, R., (2002) Arquitectura y entorno: El diseño de la construcción bioclimática. Ed. BLUME - NEILA GONZÁLEZ, F.J., (2004) Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible. Ed. Munilla – Leria - NEILA GONZÁLEZ, F.J. (2013) Acondicionamiento ambiental y habitabilidad del espacio arquitectónico. Ed. Munilla – Leria - OLGAYAY, V. (1998) Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Ed. Gustavo Gili S.A. - PIESIK, S., (2017) HÁBITAT. Arquitectura vernácula para un planeta cambiante. Ed. BLUME. - RODRIGUEZ, M., FIGUEROA CASTREJÓN A., FUENTES FREIXANET, V., CASTOREJONA ESPINOSA, G., (2005) Introducción a la arquitectura bioclimática. Ed. Limusa SA - WRIGHT, D. (2008). The Passive Solar Primer. Sustainable Architecture. Ed. Schiffer. TEXTOS PERIODÍSTICOS ELECTRÓNICOS - Barranco, O. (2015). “La arquitectura bioclimática” Módulo Arquitectura CUC, Vol.14 N°2 31-40. <https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:NPo4t072D5sJ: https://revistascientificas.cuc.edu.co/moduloarquitecturacuc/article/downl oad/733/pdf_77/+&cd=1&hl=en&ct=clnk&gl=es> [Consulta 05/07/2019]
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