Hablamos de Arquitectura Bioclimática cuando el diseño del proyecto se adapta según las características y peculiaridades del lugar de implantación, para beneficiarse de las ventajas y protegerse de las desventajas y limitaciones.
El objetivo principal es obtener la comodidad ambiental deseada de la manera más natural posible utilizando los medios arquitectónicos.
Las energías renovables disponibles y utilizando los medios técnicos y las energías mecanizadas menos posibles fuera del sitio.
Estas estrategias y técnicas arquitectónicas buscan aprovechar al máximo el sol en invierno y protegerse durante el verano.
Es por eso que también hablamos de arquitectura “solar” o “pasiva”.
La elección de un enfoque de una arquitectura bioclimática promueve el ahorro de energía y reduce los costos de calefacción y refrigeración, al tiempo que disfruta de un entorno de vida muy agradable.
Para optimizar la comodidad de los ocupantes y preservar el entorno natural del edificio, se deben tener en cuenta muchos parámetros.
Se prestará especial atención a:
- La orientación del edificio (con el fin de explotar la energía y la luz solar).
- La elección del terreno (clima, topografía, zonas de ruido, recursos naturales, etc.).
- La construcción ( superficies acristaladas, protección solar, compacidad, materiales).
¿Que metodología de diseño debo utilizar para la Arquitectura Bioclimática?
La arquitectura bioclimática debe aprovechar al máximo la energía solar, abundante y gratuita.
En invierno, el edificio debe maximizar la captura de energía solar, distribuirla y conservarla.
Por el contrario, en verano, el edificio debe protegerse de la radiación solar y evacuar el exceso de calor del edificio.
La arquitectura Bioclimática se articula en torno a los 3 ejes siguientes:
1. Capturarte / protegerte del calor
En el hemisferio norte, en invierno , el sol sale en el sudeste y se pone en el suroeste, quedando muy bajo (22 ° en el solsticio de invierno).
Solo la fachada sur recibe una radiación significativa durante el período invernal.
Por lo tanto, al maximizar el área de vidrio en el sur, la luz del sol se convierte en calor (efecto invernadero), que calienta el edificio de forma pasiva y gratuita.
En el hemisferio norte, en verano , el sol sale en el noreste y se pone en el suroeste, elevándose muy alto (78 ° en el solsticio de verano).
Esta vez, los techos, las fachadas Este (mañana) y Oeste (tarde) son las más irradiadas.
En cuanto a la fachada sur, permanece fuertemente irradiada, pero el ángulo de incidencia de los rayos de luz es alto.
Por lo tanto, es aconsejable proteger las superficies acristaladas orientadas al sur mediante protección solar horizontal diseñada para bloquear la radiación solar en verano.
En las fachadas Este y Oeste, la protección solar horizontal tiene una efectividad limitada porque los rayos solares tienen una menor incidencia.
Será necesario instalar protección solar vertical, para aumentar la opacidad del acristalamiento (persianas, acristalamientos opacos) o para establecer una vegetación caducifolia.
En general, en el hemisferio norte, proponemos:
- Una maximización de superficies acristaladas orientadas al sur, protegidas del sol de verano por tapas horizontales,
- Minimización de superficies acristaladas orientadas al norte. De hecho, las ganancias solares son muy débiles y un acristalamiento será necesariamente más desagradable que una pared aislada,
- Superficies de vidrio razonados y reflejados para las orientaciones Este y Oeste para protegerse del sobrecalentamiento del verano. Por ejemplo, las habitaciones que dan al oeste tendrán que estar protegidas del sol de la tarde.
2. Transforma, extiende el calor
Una vez que la radiación solar es capturada y transformada en calor, debe ser difundida y / o capturada.
El edificio bioclimático está diseñado para mantener el equilibrio térmico entre las habitaciones, difunde o evacuar el calor a través del sistema de ventilación.
La conversión de la luz en calor se realiza principalmente a nivel del suelo.
Naturalmente, el calor a menudo tiende a acumularse hacia arriba a través de la convección y la estratificación térmica.
Causando un desequilibrio térmico, suelos oscuros, para evitar el fenómeno de la estratificación.
Utilizar variables tonalidades en las paredes de acuerdo con el orden de prelación entre dispersión de la luz y la captura de la energía solar (según sea necesario) y para colores claros en el techo.
Los tonos más adecuados para convertir la luz en calor y absorberla son oscuros (idealmente negros).
Y los más adecuados para reflejar la luz en el calor son ligeros (idealmente blancos).
También se debe tener en cuenta que los materiales granulares de superficie mate son mejores para captar luz.
Convertirla en calor que en superficies lisas y brillantes (efecto espejo).
También se puede reflexionar sobre los materiales utilizados, que pueden dar una impresión de frío o calor según su efusividad.
3. Mantenga el calor o la frescura
En invierno , una vez capturado y transformado, la energía solar debe almacenarse dentro del edificio y actualizarse de manera oportuna.
En verano , es la frescura nocturna, capturada a través de una ventilación excesiva.
Por ejemplo, que debe almacenarse en el marco para limitar el sobrecalentamiento durante el día.
En general, esta energía se almacena en los materiales pesados de la construcción.
Para maximizar esta inercia, se preferirá el aislamiento exterior.
Trayectoria solar
Siendo el sol el factor principal de fuente energética que perjudica a la arquitectura bioclimática, es primordial tener una idea de su trayecto en las diferentes estaciones del año.
Como ya se sabe, la existencia de las estaciones está estimulada porque el eje de rotación de la tierra no es siempre perpendicular al plano de su trayectoria de traslación en la correlación al sol, sino que este procrea un ángulo variable.
Sin tener que entrar en muchos detalles técnicos, y diferenciando para el hemisferio norte, por encima del trópico de Cáncer es decir, una condición geográfica en la que está la nación de España:
- Solo se encuentra dos días en la temporada en los que el eje de rotación es en angulo recto al plano de la traslación: el equinoccio de primavera el mes de marzo día 22 y el equinoccio de otoño mes septiembre día 21.
- En esos días, el día tiende a durar exactamente lo mismo que la noche, y el sol sale exactamente por el este después se pone por el oeste.
- Cuando ya pasa el equinoccio de primavera, los días son cada vez muchos mas largos, y el sol logra cada vez mas altura a mediodía.
- La salida y la puesta de sol se trasladan hacia el norte es decir, este tiende a salir cada vez más por el nordeste al final a ponerse por el noroeste). Esta inclinación sigue hasta el solsticio de verano el mes de junio día 21, el día más largo de todo el año, para seguir después la inclinación opuesta hasta llegar al equinoccio de otoño.
- Después del equinoccio de otoño, los días no son largos tiende hacer muchos mas cortos, y el sol cada vez se posiciona más bajo a mediodía. La salida y la puesta de sol se trasladan hacia el sur es decir, Este tiende a salir cada vez más por el sudeste al final a ponerse por el sudoeste.
- Esta inclinación sigue hasta el solsticio de invierno en el mes de septiembre día 21, el día más corto del año, para acompañar después la tendencia opuesta hasta llegar al equinoccio de primavera.
Para tener una idea, en una ciudad tal como Cáceres, en los equinoccios, la elevación obtenida por el sol a mediodía son unos 50º sobre la horizontal.
Este avanzando hacia el solsticio de verano, el sol cada vez se eleva un poco más, hasta los 74º nunca llega este a estar vertical, y continuando hacia el solsticio de invierno, el sol cada vez se posiciona más bajo, hasta los 27º.
En lo que se refiere a la salida y puesta, en el solsticio de invierno, se llegan a trasladar 31º hacia el sur, y en el solsticio de verano 21º para el norte.
Igualmente se debe tener en cuenta que el horario solar no es el horario oficial. Por ejemplo, en Cáceres, para evaluar la hora solar hay que restar a la oficial 2h 25´ en verano y 1h 25´ en el invierno.
Estos trayectos solares que acabamos de explicar tienen una consecuencia bastante clara sobre la radiación obtenida por fachadas verticales: en invierno, la fachada sur obtiene la mayoría de radiación, gracias a que el sol se posiciona bajo, mientras que las otras orientaciones apenas logran obtener radiación.
En verano, en cambio, cuando el sol está más perpendicular a mediodía, la fachada sur obtiene menos radiación directa, mientras que las mañanas y las tardes azotan especialmente a las fachadas este y oeste, respectivamente.
Capacidad calorífica e inercia térmica
Si a un cuerpo le damos calor, este incrementa su temperatura. Si lo hace de manera lenta nosotros decimos que posee mucha capacidad calorífica, puesto que es capaz de acumular mucho calor por cada grado centígrado de temperatura.
Las singularidades de capacidad calorífica entre el agua y el aceite, por ejemplo, mayor en la primera que el segundo es lo que hace que, al fuego, el agua tarde más en enardecerse que el aceite, pero igualmente que el agua guarde más el calor.
Se designa calor específico de un material (en Kcal/KgºC) a la capacidad de calor que se debe suministrarle a 1 Kg para que aumente su temperatura 1ºC.
La capacidad calorífica y el acumulamiento de calor traen aparejados algunos fenómenos.
Por ejemplo: en una casa, en invierno, cuando nosotros encendemos la estufa al llegar por la tarde, la habitación tarda en alcanzar una temperatura de agrado, y cuando la apagamos, por la noche, la temperatura de la habitación todavía sigue siendo buena y no se enfría inmediatamente.
Esto pasa igualmente en las estaciones: en el hemisferio norte, en el día 21 de abril (equinoccio de primavera) el sol está en la misma postura que el día 21 de septiembre (equinoccio de otoño)
No obstante, las temperaturas son superiores en esta última fecha, por la simple razón de que la tierra todavía (guarda) el calor del verano, que este irá perdiendo poco a poco.
Esta «resistencia» de la temperatura a responder inmediatamente a los aportes de calor es lo que nosotros llamamos inercia térmica.
Sobre la arquitectura bioclimática, esta es una concepción mas que fundamental en las viviendas que son bioclimáticas: si poseen poca inercia térmica, reaccionarán de manera veloz a la radiación solar.
Se elevan de manera veloz durante el día hablando del invierno, pero igualmente por la noche se enfrían más rápido: el retraso entre los aportes de calor y la temperatura obtenida es pequeño.
En cambio, en las casas con una gran inercia térmica, la radiación solar no ocasionara una subida rápida de la temperatura de la vivienda, porque el calor se está acumulando, y posteriormente se libera de manera lenta por la noche.
Por lo que no se fabricara una disminución violenta de temperatura.
También, las variaciones de temperatura se amortiguan, no consiguiendo valores tan extremos.
Por lo tanto, la inercia térmica en una casa lleva aparejado dos fenómenos: el de retraso de la temperatura interior respecto a la temperatura exterior, y el de amortiguación la variación interior de temperatura no es tan mayúscula como la variación exterior).
Efecto climático del suelo
El suelo posee mucha inercia térmica ya te explicamos lo que es esto, lo que amortigua y retrasa las variaciones de temperatura, entre el día y la noche, e inclusive entre estaciones.
La mitigación de temperatura que se genera depende de la profundidad y del modelo de suelo. Para mitigar las variaciones día noche el espesor debe ser de 20 30 cm, para mitigar las variaciones entre días de diferentes temperaturas, espesor de 80 a 200 cm, y para terminar de amortiguar variaciones invierno verano, espesores de 6 12 m.
Microclima y ubicación
La conducta climática de una vivienda no solo necesita de su diseño, sino que incluso está influenciado por su ubicación.
La realidad de accidentes naturales como montes, arroyos, los pantanos, vegetación, o artificiales como edificios próximos, etc. Procrean un microclima que daña al viento, la humedad, y la radiación solar que recibe la vivienda.
Si se ha de edificar una vivienda bioclimática, teniendo en cuenta la arquitectura bioclimática, el primer estudio tiene que tratarse a las condiciones climáticas de la región y, después, a las condiciones microclimáticas del en concreto.
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