¿Sabes proyectar? EL EDIFICIO COMO MÁQUINA ENERGÉTICA

Roberto Bosqued García, Arquitecto y Socio de ASA, nos ayuda a conocer los primeros pasos que debemos dar a la hora de proyectar un edificio, concibiéndolo ya no como un ente aislado sino como un elemento dentro de un entorno urbano. Mediante estos consejos, nos ilustra sobre las estrategias pasivas a implantar para conseguir la menor demanda en los edificios que proyectemos. 

1.- PREÁMBULO

Con más de doce años de dedicación a la investigación y a la divulgación de la importancia de la aplicación de sistemas pasivos tanto en obra nueva como en rehabilitación de edificios, he asistido a gran cantidad de foros sobre sostenibilidad en edificación, he participado en un buen número de proyectos de investigación y he impartido clases magistrales, conferencias, comunicaciones a congresos, etc. y en casi todos ellos he podido observar como una importante mayoría de ponentes plantea, como panacea de la eficiencia energética, la utilización de sistemas activos (fotovoltaicos, térmicos, geotérmicos, etc.); tal es la influencia que esta situación produce en la opinión pública, que en mis clases, charlas o conferencias, una parte del público me hace preguntas sobre los sistemas solares activos, aun después de escucharme hablar de los pasivos.

Las investigaciones llevadas a cabo, no solo en el CIEMAT, donde desarrolle mi actividad profesional durante 16 años, sino también la de prestigiosos Centros de Investigación, tanto nacionales como extranjeros, demuestran con claridad meridiana, que el máximo ahorro de energía se produce mediante el uso de   estrategias solares pasivas en el diseño arquitectónico y constructivo, fundamentalmente en obra nueva, paro también aunque en menor medida en rehabilitación.

El uso de sistemas activos, es en cualquier caso, complementario a la disminución de la demanda energética, de poco sirven unos sistemas de producción de energía muy eficientes, si la demanda energética es muy elevada, y precisa de un dimensionamiento excesivo de dichos sistemas activos.

Es pues prioritaria, la reducción drástica de la demanda energética de la edificación en general, para poder cumplir con las Directivas Europeas y esa disminución de la demanda solo es posible mediante la utilización de estrategias solares pasivas basadas en el diseño arquitectónico y constructivo

No obstante la disminución de la demanda energética en un edificio, no depende únicamente del correcto tratamiento de su envolvente, o del aislamiento térmico, como posiblemente por razones espurias se suele hace creer, sino también de otras estrategias de captación o evacuación de calor, que se olvidan con demasiada frecuencia y que son complementarias para lograr un óptimo intercambio energético con el ambiente y para conseguir un grado aceptable de confort higrotérmico.

De ahí la importancia de la divulgación del uso de dichas estrategias que pueden llegar a disminuir la demanda energética de los edificios entre un 40 a un 60 %, e incluso un 100%, existen edificios, en determinados latitudes españoles, que no requieren el uso de sistemas térmicos activos en ninguna época del año.

Como arquitectos especialistas, tenemos la obligación de transmitir estos conocimientos a nuestros compañeros y a la opinión pública en general, en beneficio de nuestra profesión y de la sociedad en su conjunto.

2.- BREVE BOSQUEJO HISTORICO

Desde la antigüedad, pero básicamente a partir de Grecia y Roma, se conocían y utilizaban, criterios constructivos y urbanísticos que optimizaban la utilización de los parámetros ambientales de cada lugar, para obtener el máximo confort en el interior de sus construcciones, con un mínimo consumo de energía.

A partir de finales del siglo XIX y principios del XX, debido al uso de la electricidad y la aparición de fuentes de energía que se creían inagotables, capaces de crear climas interiores artificiales, así como la modernizando de los procesos constructivos gracias a las nuevas técnicas de acero y hormigón en los edificios, estos dejaron radicalmente de contar con su entorno.

Hoy es prioritario retomar la filosofía y gran parte de las técnicas empleadas tradicionalmente por la arquitectura popular, de manera que los edificios vuelvan a ser energéticamente eficientes, sin renunciar por ello a las tendencias arquitectónicas, estéticas y funcionales propias de nuestro tiempo.

3.- EL EDIFICIO COMO MÁQUINA ENERGÉTICA

Intercambio energético entre el edificio y su entorno (Dibujo: Roberto Bosqued)

La clave consiste en concebir el edificio como una máquina energética, capaz de reducir al mínimo el consumo de energía térmica convencional y de producir la energía consumida, tanto térmica como eléctrica, en el caso de construcciones de nueva planta, o de poder convertirlas en esa máquina, en el caso de edificios rehabilitados.

La eficacia de la máquina energética depende de infinidad de factores, tanto externos como internos y necesita alimentarse básicamente de la radiación solar, los vientos y las brisas y aprovechar la propia inercia térmica del edificio o la del terreno si fuera necesario.

El funcionamiento del edificio-máquina, es teóricamente sencillo: Al igual que hacen gran cantidad de animales, se trata de intercambiar energía con el medio a través de su piel (fachadas, cubiertas, espacios en contacto con el ambiente exterior y superficies en contacto con el terreno) y estabilizar la temperatura interior, en ciclos diarios o estacionales, mediante sistemas constructivos, basados en la inercia térmica efectiva, de tal manera que pueda conseguirse una horquilla de temperaturas de varios grados, que sitúen el interior del edificio dentro de la zona de confort.

Dicho así, la cuestión parece fácil, pero en la realidad depende de tantos factores que se necesita echar mano de herramientas tecnológicas de cierta sofistificación y de una gran imaginación, para poder tener en cuenta estos parámetros además del resto de los que depende un buen proyecto arquitectónico.

Para decidir, materiales, componentes y estrategias, es imprescindible realizar un estudio, lo más amplio posible, del entorno del edificio. En general el estudio consiste en analizar los siguientes aspectos:

• Características geomorfológicas: topografía, masas vegetales, masas de agua, tipo de terreno …..
• Características climáticas: radiación solar, velocidad y dirección de los vientos.
• Características meteorológicas: temperatura del aire, pluviometría, ….
• Accesibilidad solar
• Materiales de construcción propios de la zona.
• Infraestructuras existentes.
• Finalmente, el conjunto de elementos que definen el edificio: Uso, forma, envolvente, materiales y componentes, elementos estructurales, instalaciones, ………

Las acciones fundamentales para conseguir una edificación sostenible y energéticamente muy eficiente, son las siguientes:

1. Utilización y aprovechamiento de la energía solar fundamentalmente
2. Utilización de estrategias solares pasivas, basadas en el diseño arquitectónico y constructivo.
3. Consumo responsable de agua.
4. Utilización de sistemas de iluminación natural y de alta eficiencia si son de iluminación artificial
5. Sustitución de materiales perjudiciales y utilización de materiales ecológicos y/o reciclados.
6. Optimización de los sistemas energéticos convencionales.
7. Concienciación de la población sobre temas ambientales como una medida tan importante como las demás, propiciando la redacción de manuales de usuario de fácil comprensión, al margen del “Libro del Edificio”

4.- ESTRATEGIAS DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

El edificio como sistema energético realiza las funciones de captación, almacenamiento y conservación de los recursos de su entorno, fundamentalmente los procedentes del sol, mediante componentes que captan la energía solar y la transmiten al interior del edificio o por el contrario la evacuan o se protegen de ella.

Para ello depende de:

Factores extrínsecos: Clima y lugar. Parámetros meteorológicos, geográficos, geomorfológicos, etc. El arquitecto debe conocer su existencia y las maneras de utilizarlos en beneficio de una mayor eficiencia energética.

Factores intrínsecos: características del edificio.

Son factores que puede establecer el arquitecto en función de los factores extrínsecos, con el fin de obtener un diseño óptimo desde el punto de vista energético, estos factores son:

– Orientación.

– Accesibilidad solar

– Forma del Edificio (factor de forma).

Una vez tenido en cuenta todo lo anterior, las estrategias pasivas para disminución de la demanda energética, son básicamente las siguientes:

ESTRATEGIAS DE CALENTAMIENTO – Periodos infracalentados:

Aunque existen muy diversos sistemas de captación de energía en los periodos infracalentados, tales como: Barra Costantini, muros remotos de almacenamiento, muros de agua, captación en techo, techos de agua, techos ajardinados, etc. etc., los sistemas básicos de captación de energía son los siguientes:

Captación solar directa a través de huecos acristalados

Captación solar indirecta a través de elementos opacos

Estrategias de captación – de izqda. a dcha.: captación directa y captación indirecta (Dibujo:R B)

 

Captación semidirecta mediante invernaderos, muros Trombe o atrios acristalados

Estrategias de captación  semidirecta – de izada. a dcha.: invernadero y muro Trombe-Michel (Dibujo:R B)

 

Estrategias de captación  semidirecta – atrio acristalado – captación y evacuación (Dibujo:R B)

ESTRATEGIAS DE ENFRIAMIENTO – Periodos sobrecalentados:

Al igual que en las estrategias de captación de energía, en la de ocultación o evacuación de calor existen muy distintos sistemas tales como: techos de almacenamiento sombreados o sombreados y aislados, suelos de almacenamiento regenerativo, intercambio energético con el suelo, estrategias evaporativas, sistemas radiativos o radioconvectivos al cielo nocturno, etc.

No obstante las estrategias básicas de eficiencia energética en verano son las de ocultación solar y las de ventilación. Las primeras son siempre estrategias diurnas y las segundas, generalmente, nocturnas.

Ocultación solar, o sombreamiento, mediante diferentes técnicas: vegetales, dispositivos externos de control directo, sombreamiento de techos, etc.

Estrategias de sombreamiento con vegetación de hoja caduca (Dibujo:R B)

 

Estrategias de sombreamiento – de izqda. a dcha.: sombreamiento con visera horizontal o inclinada y sombreamiento de techo (Dibujo:R B)

 

Estrategias de sombreamiento y ventilación – de izada. a dcha.: sombreamiento con lamas horizontales y persiana exterior y techos sombreados y ventilados (Dibujo:R B)

Sistemas de circulación de aire o ventilación, simple, cruzada, torres de viento, conductos enterrados, chimeneas solares, etc.

Ventilación simple y cruzada directa (Dibujo:R B)

 

Ventilación cruzada por chimeneas – a la izada chimenea por depresión y a la dcha., chimenea por extracción mecánica no motorizada (Dibujo:R B)

 

Calefacción-ventilación por conductos enterrados (Dibujo:R B)

 

Chimenea solar nocturna (Dibujo:R B)

Sistemas radiativos o radioconvectivos, utilizando la bóveda celeste como sumidero de calor

Sistema radiativo y radioconvectivo (Dibujo:R B)

5.- CONCLUSIONES

Como resumen, las técnicas pasivas tradicionales, desde la cultura griega y anteriores han sido las siguientes:

• Aprovechamiento de la inercia térmica del terreno (cuevas y edificios enterrados o semienterrados)
• Aprovechamiento de la orientación, en función de la necesidad de captar calor, evacuarlo o ambos.
• Captación solar directa a través de huecos.
• Captación solar indirecta a través de cerramientos opacos.
• Captación solar indirecta mediante invernaderos o espacios tampón.
• Cubiertas ventiladas de doble hoja.
• Sombreamiento de huecos y cubiertas: toldos, persianas, pérgolas, umbráculos, etc.
• Ventilación natural: simple, cruzada, patios, chimeneas, torres de viento, etc.
• Fuentes o láminas de agua para aumentar la humedad relativa.

Todas ellas siguen estando vigentes en la actualidad, si bien han sido mejoradas y ampliadas, sin ánimo de exhaustividad, con las siguientes:

• Tratamiento diferenciado de fachadas y huecos captadores en función de su orientación.
• Sistemas de aislamiento y tratamiento de puentes térmicos
• Optimización del aislamiento térmico.
• Utilización de sistemas de aprovechamiento de la inercia térmica del edificio existente (sistemas SATE y fachadas ventiladas)
• Sistemas de evitación de condensaciones intersticiales.
• Carpinterías con roturas de puentes térmicos y vidrios especiales.
• Atrios interiores para captación y evacuación de calor.
• Cubiertas trasventiladas, vegetales o de agua.
• Sombreamientos exteriores manuales o mecánicos.
• Sistemas de circulación de aire (ventilación, chimeneas solares)
• Optimización del aprovechamiento de la iluminación natural.
• Sistemas de intercambio energético con el terreno (geotermia de baja entalpía)
• Sistemas de disipación radiativas o radioconvectivas al cielo nocturno.

CODA: El presente artículo es, por razones de espacio, una brevísima introducción al problema de los edificios energéticamente autosuficientes y fundamentalmente aborda, de manera esquemática la disminución drástica de la demanda energética en la edificación. Aquellos lectores que deseen ampliar sus conocimientos pueden acceder a algunas de las publicaciones expuestas en la bibliografía donde podrán profundizar mas ampliamente.

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Roberto Bosqued García – rbosquedg@gmail.com

Arquitecto

Socio nº 378 de ASA