Regulación climática pasiva para la edificación arquitectónica en el

Resumen: T-089
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004
Regulación climática pasiva
para la edificación arquitectónica en el NEA
Jacobo, Guillermo José
Instituto de Investigaciones Tecnológicas para el Diseño Ambiental del Hábitat Humano - ITDAHu
Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste
Av. Las Heras Nº 727 - (3500) Resistencia - Provincia del Chaco - Argentina - E-Mail: gjjacobo@arq.unne.edu.ar
ANTECEDENTES
La forma y la construcción del edificio afectan totalmente en el clima interior del edificio. Así depende del diseño
arquitectónico, si un edificio debe ser climatizado artificialmente o naturalmente. Solamente por medio de un proyecto
conciente y una ejecución de obra precisa y correcta se puede alcanzar un ahorro energético adecuado. Para poder
optimizar el diseño arquitectónico desde el punto de vista energético, debe el arquitecto comprender todos los conceptos
sobre climatización de los espacios interiores. Además, debe el diseñador, durante el proceso de diseño, trabajar
conjuntamente con un especialista en el tema de la climatización pasiva, con el manejo de las diferentes variables:
temperatura, humedad relativa, iluminación interior, intercambio de aire y consumo energético. Así se podría verificar
la efectividad energética del diseño. También, se deben desarrollar sistemas activos en las instalaciones técnicas del
edificio, complementarios a los sistemas pásivos materializados con el diseño arquitectónico, asi se complementan, para
que sea utilizada la energía de manera racional. Las exigencias climáticas sobre un edificio no son homogéneas, pues
frecuentemente existen variaciones climáticas durante el mismo día y durante las diversas estaciones climáticas. Así que
los edificios deben ser organizados jerárquicamente desde el punto de vista climático. Esta es una situación que ha sido
utilizada normalmente en muchos casos históricos para ganar o ahorrar energía. La arquitectura vernácula de cada
región del planeta se caracteriza por diferentes tipologías, que se adaptan a las dirferentes circunstancias climáticas
locales. Así se desarrollaron diferentes estratégias para la climatización pasiva confortable de los espacios interiores.
Las tipologías edilicias tradicionales representan todavía un
autentico catalogo de posibilidades de climatización pasiva,
que no son trasladables directamente a las exigencias
constructivas actuales debido a los usos y funciones diferentes
y a las altas exigencias de confort interior. Por esto, los
materiales y tecnologías de la construcción actuales deben ser
considerados para que también generen climatización pasiva.
Así no hay hoy, por ejemplo, en la arquitectura para edificios
Ejemplo de arquitectura
administrativos ninguna tipología arquitectónica tradicional.
vernácula bioclimática en
Medio Oriente y el Norte de
Sin embargo, se pueden aplicar , en lagunos casos por ejemplo,
África: uso de la chimenea
métodos islámicos de acondicionamiento ambiental,
solar, atrio y masa muraria
ventilación y enfriamiento natural, para así reducir el consumo
aislante y de alta capacidad
energético de esta tipología arquitectónica, caracterizada por
de ahorro energético.
altos consumos energéticos en estos rubros.
Fuente: JACOBO, G., (19921995).
MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo se desarrolla partiendo de la información brindada por las investigaciones precedentes (ver bibliografía). Se
estudian casos concretos relacionados a la aplicación de conceptos bioclimáticos en la edificación, evaluando los
resultados obtenidos en diferentes experiencias internacionales, con el objetivo de formular recomendaciones y
soluciones concretas. Se utilizan los recursos que se crean apropiados para la comprensión de la temática para que sea
una herramienta de consulta accesible por cualquier interesado.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Los criterios básicos para la climatización pasiva de la edificación arquitectónica son los siguientes:
1. Implantación del edificio
_ Está caracterizada por la pertenencia a una determinada región climática (microclima). Se diferencia entre cálido,
frío, templado, seco, húmedo y entre cada estación climática anual, los que solicitan climáticamente al edificio.
_ Afecta al consumo energético del edificio por medio de los siguientes factores: altura del suelo, exposición al viento,
frecuencia de niebla, oferta de radiación solar y topografía, todos componentes del microclima del sitio, influyen
notablemente sobre la edificación.
2. La forma del edificio
_ Determina la relación del volumen con la superficie perimetral. Cuanto mayor es la superficie perimetral, mayor es
el intercambio de energía entre el interior y el exterior del volumen. Con la posibilidad de obtener ganancias
energéticas por medio de las fachadas se reduce esta relación, pues se ha logrado hoy en día obtener una relación
positiva con fachadas transparentes y altamente aisladas térmicamente.
_ Determina también en forma decisiva sobre el grado de iluminación y ventilación natural. Si el volumen posee poca
profundidad se posibilita una buena iluminación y ventilación cruzada natural y así se disminuye notablemente el
consumo energético para la iluminación interior y para la climatización.
_ Influye la toma del viento por parte del edificio. Cuanto mayor viento toma un volumen mayor será el intercambio de
energía del edificio con el entorno. Sin embargo, esto es positivo en los climas cálido-húmedos, especialmente en
verano. Pero en los edificios en altura, la alta velocidad del viento es más una molestia para los usuarios y una carga
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dinámica para la estructura del edificio, además, dificulta la ventilación cruzada interior.
_ Puede atemperar la corriente de aire exterior, para que bajas presiones turbulentas se originen, las cuales pueden
succionar el aire interior del edificio y así posibilitar una corriente continua interior de aire cruzada, posibilitando la
ventilación y el enfriamiento interior del edificio.
_ Puede atemperar la corriente de aire exterior en zonas geográficas con vientos continuos y molestos, de tal manera
de permitir generar espacios exteriores vivibles por los usuarios.
3. La envolvente constructiva del edificio
_ Regula el intercambio energético entre el medio ambiente exterior y el interior del edificio. Las fachadas de los
edificios deberían estar bien aisladas térmicamente y adecuadamente dispuesta el ingreso de la iluminación natural,
pues si la superficie transparente es mayor que la opaca se sobrecalienta en verano en horario diurno y se enfría
rápidamente en invierno en horario nocturno, por lo que se hace necesario disponer de disposiciones de diseño que
protejan a la superficie transparente de la radiación solar en verano.
_ Debe estar diseñada para que se adecue a las diferentes orientaciones y usos internos.
_ Debe proveer un aventanamiento, como mínimo, a cada espacio interior.
4. La disposición interna en planta y en altura
_ Debe garantizar que todos los espacios interiores se iluminen y ventilen naturalmente.
_ Determina la orientación de los espacios interiores con respecto al sol. Los usos determinados del edificio presentan
diferentes exigencia de iluminación, ventilación y acondicionamiento ambiental.
_ Determina una zonificación de espacios. Debido a que en todo edificio no existe una condición climática homogénea
interior, posibilita esto una jerarquización climática y de confort interior, con altas y bajas temperaturas, con mayor
o menor movimiento de aire en los diferentes espacios interiores, de manera de conformar “espacios colchones” que
morigeren las condiciones climáticas externas. Así se puede determinar una zona principal de climatización interior y
otras de menor jerarquía, o zonas intermedias de atemperación del clima exterior, externo y agresivo en verano y en
invierno. Como las galerías exteriores perimetrales que en verano protegen de la radiación solar, y en invierno
posibilitan el ingreso de la misma, y si se la equipa a la galería perimetral con superficies transparentes, es posible
generar calefacción natural y frenar el efecto del viento sobre los espacios interiores.
5. Atrios
_ Posibilitan, que los espacios interiores reciban iluminación natural y también con efecto invernadero que sean
ventilados naturalmente. Esto es aplicable en edificios con espacios interiores muy profundos.
_ Posibilitan generar el efecto invernadero en el período de invierno. La pérdida de energía calórica de las paredes
cercanas al atrio tienen una importante reducción de la pérdida de energía en comparación con las paredes
perimetrales normales. La temperatura interior en el atrio nunca se reduce más de 5° C en invierno, normalmente
permanece entre 15° y 20° C en las noches de invierno, sin embargo, puede producirse un sobrecalentamiento en
verano, que se puede solucionar por medio de sombreamiento externo y dispositivos mecánicos que permitan el
movimiento del aire calentado interiormente.
_ Funcionan como chimeneas, pues el aire caliente se eleva y se elimina por medio a aberturas superiores con tapas
que se cierran en invierno, pero si se requiere generar una corriente continua ascendente para que aspire el aire
interior viciado, se dejar pequeñas aberturas, tanto en la parte superior como en la inferior para generar una
renovación continua del aire interior.
6. La envolvente constructiva exterior
_ Se utiliza como masa de acumulación térmica en invierno, para equilibrar las variaciones de la temperatura externa.
Esto minimiza la demanda de energía para la calefacción (invierno) y el enfriamiento (verano, con el efecto
invernadero), y posibilita una utilización pasiva de la energía solar, Para esto son adecuados materiales de alta
capacidad de acumulación térmica, como hormigón y mampostería de ladrillos cerámicos, es por esto que los
entrepisos en los edificios en altura son los más adecuados para dicha función, o los pisos en los edificios bajos, pero
deben estar aislados del contacto con el suelo, para que la energía calórica no sea absorbida por el mismo suelo.
_ Con su altura interior del local debe estar adecuada al correspondiente clima. En climas cálidos es recomendable
alturas elevadas de cada espacio interior, pues el aire sobrecalentado interior se ubica bajo el cielorraso. En climas
fríos esto es una desventaja, pues se debe calentar mucha masa de aire para calefaccionar todo el espacio interior.
_ Debe tener una adecuada aislación térmica perimetral para evita los puentes térmicos.
_ Debe contar con espacios interiores con superficies interiores con terminaciones claras para reducir la necesidad de
iluminación artificial.
7. La vegetación
_ Ubicada en cercanía de la edificación influye notablemente en el microclima del sitio de implantación, pues produce
enfriamiento por medio de evaporación, filtra las sustancias tóxicas (CO2) y enriquece con oxigeno al aire.
_ Ubicada en la fachada puede servir de protección climática en verano y de protección ante el viento en invierno, por
lo que se recomienda utilizar vegetación de hojas caducas sobra la fachadas norte, este y oeste, y de hojas perenne
sobre la fachada sur.
CONCLUSIONES
Esta nomina de disposiciones técnicas y de diseño para aplicar en la edificación arquitectónica no representa el
compendio completo de disposiciones bioclimáticas de diseño en obras de arquitectura, sino que demuestra que existen
muchas posibilidades de aplicación conjunta, combinada y aisladas. Existen otras disposiciones técnicas (activas y/o
pasivas) y tienen efectos positivos sobre el bienestar higrotérmico en determinadas situaciones climáticas. La
arquitectura bioclimática ofrece la oportunidad para recuperar la eficiencia energética perdida en los objetos
arquitectónicos construidos. La arquitectura bioclimática no es una moda, ni un estilo arquitectónico, solo comprende la
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necesidad de recomponer la calidad de vida del hábitat humano construido por medio de la reducción sustancial del
consumo energético en el campo de la edificación para beneficio del medio ambiente, el cual se encuentra muy
degradado actualmente. Los diferentes estamentos oficiales argentinos, nacional, provincial y municipal, deben iniciar
un política de fomento del bajo consumo energético en la población, para concienciar a la sociedad de la necesidad del
cambio a una cultura de vida más sana, natural, reciclable, no derrochona y ecológica, que se traduzca en hechos
culturales para el hábitat humano con calidad de vida. Lamentablemente tanto en Argentina, como en su región
nordeste (NEA) se basa casi en el 100% de los casos construidos en el consumo energético para alcanzar la
climatización confortable de los espacios interiores. Pues en el caso del NEA, se ha perdido casi por completo la
herencia cultural arquitectónica urbana de adaptarse al clima regional sin necesidad de erogaciones elevadas en equipos
de acondicionamientos activos, tal como lo demuestra la disposición para las zonas climáticas cálido-húmeda y cálidoseca del NEA (ver siguientes gráficos) y fueron reemplazadas en todas las áreas urbanas del NEA por prototipos de viviendas
uniformados por la política oficial del FONAVI en toda Argentina, que no responden a necesidades del bienestar
higrotérmico de los usuarios para mantener y generar una calidad de vida que sirva al desarrollo humano, sino que
fueron concebidos a partir de cuestiones “cuantitativas” (política electoralista, economía de obra, bajos costos
empresariales, etc.) y no en cuestiones “cualitativas” referente a la calidad de vida del usuario (ver siguientes gráficos). En
cambio existen ejemplos de buenas prácticas donde se ha combinado ambas cuestiones (cualitativas y cuatitativas), en
el caso de Australia, donde se verifica una situación climática similar a la del NEA en varias zonas geográficas de dicho
país. Durante la década de 1970-1980 se desarrollaron políticas habitacionales oficiales para paliar el problema de la
vivienda en zonas rurales y urbanas, y se concretaron diversos prototipos de viviendas aptos para los climas de los sitios
de implantación, lo que demuestra que las buenas prácticas son posibles, utilizando al clima regional como “factor de
diseño” para beneficio del usuario del hecho arquitectónico.
Ejemplo de arquitectura bioclimática
vernácula en zonas rurales cálido-secas del
NEA: Uso de protecciones solares externas
, plantas abiertas para la ventilación
cruzada, lotes amplios para promover la
vegetación, etc.
Situación de diseño prácticamente olvidada
en la zonas urbanas cálido-secas del NEA.
Fuente: CELANO & JACOBO, (2002).
La arquitectura urbana “espontánea” (izquierda y
la “oficial” (derecha), ninguna recrea los valores
del bioclimatismo vernáculo del NEA. Esta situación
es normal de encontrar en cualquier ciudad de
Argentina. Fuente: CELANO & JACOBO, (2002).
Ejemplo de
arquitectura
bioclimática
vernácula en zonas
rurales cálidohúmedas del NEA:
Uso de protecciones
solares externas ,
plantas abiertas
para la ventilación
cruzada, lotes
amplios para
promover la
vegetación, etc.
Situación de diseño
prácticamente
olvidada en la zonas
urbanas cálidohúmedas del NEA.
Fuente: CELANO &
JACOBO, (2002).
Resumen: T-089
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Ejemplo de arquitectura bioclimática en zonas urbanas cálidohúmedas de Australia: Uso de protecciones solares externas ,
plantas abiertas para la ventilación cruzada, lotes amplios para
promover la vegetación, amplios aventanamiento para utilizar la
iluminación natural, etc. Desarrollados como planes habitacionales
de interés social en la década de 1970 por el estado australiano.
Fuente: JACOBO, G. J., (1992-1995).
Ejemplo de arquitectura bioclimática en zonas rurales cálido-secas
de Australia: Uso de protecciones solares externas , plantas
organizadas según un patio central cubierto con ventilación central
para la ventilación cruzada interior según el principio de la
chimenea, lotes amplios para promover la vegetación, amplios
aventanamiento para utilizar la iluminación natural, etc.
Desarrollados como planes habitacionales de interés social en la
década de 1970 por el estado australiano.
Fuente: JACOBO, G. J., (1992-1995).
BIBLIOGRAFÍA
ALÍAS, Herminia María & JACOBO, Guillermo José (2004). Situación higrotérmica, energética y ambiental de la construcción arquitectónica en la
Región Nordeste de Argentina, MOGLIA Ediciones SRL, ISBN Nº 987-43-7744-5,Corrientes, Argentina.
CELANO, Jorge Alberto & JACOBO, Guillermo José (2002). El Hábitat Humano en el NEA Una perspectiva de solución desde la óptica
tecnológica: Uso de la madera en sistemas constructivos, Ediciones Moglia SRL, Corrientes, Argentina, ISBN N° 987-43-4556-X.
JACOBO, Guillermo José (1992). Der Einfluss der klimatischen Bedingungen auf den architechtonischen- und technologischen Entwurf. Falls:
Nordosten Argentiniens, Tesis de maestría “Technologie in den Tropen”, Institut für Tropentechnologie-Fachhochschule Köln, Alemania.
JACOBO, Guillermo José (1995). La arquitectura en función del clima del sitio, caso de la ciudad de Corrientes en la República Argentina. Tesis de
maestría “Tecnologías Avanzadas en Construcciones Arquitectónicas”, Escuela Técnica Superior de Arquitectura, Universidad Politécnica de Madrid,
España.
JACOBO, Guillermo José (2001). El confort en los espacios arquitectónicos de la Región NEA, Ediciones Moglia SRL, ISBN N° 987-43-4155-6,
Corrientes, Argentina.
JACOBO, Guillermo José (2003). Hábitat humano, medio ambiente y energía. Análisis de consumo energético con valoración ecológico–toxicológica
de rubros constructivos para obras de arquitectura en el Nordeste de Argentina, Ediciones Moglia SRL, ISBN Nº 987-43-6784-9, Corrientes,
Argentina.
JACOBO, Guillermo José & VEDOYA, Daniel Edgardo (2004). Optimización energética en la edificación arquitectónica, Revista “Aparejadores”,
Nº 65, Marzo 2004, ISSN Nº 1695-8934, del Colegio oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Sevilla, España.