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buscando la forma y orientación óptima de los edificios

Publicado por - 16/06/2011

La planta y la forma de un edificio son el resultado de un proceso complejo en el que es preciso sintetizar aspectos funcionales, técnicos y estéticos. El viento, la cantidad y dirección de la luz del sol, el grado de abrigo y de exposición a los elementos, la calidad del aire y el ruido influyen en la relación del edificio con su entorno exterior, y determinan la forma y el cerramiento. Las estrategias bioclimáticas relacionadas con la calefacción, la refrigeración, la iluminación y la energía deberían combinarse con el resto de prioridades del arquitecto ya en una fase muy temprana.

Más allá de la utilización de sistemas mecánicos y de apoyo, el hecho de que el edificio tenga la forma y la orientación correctas puede reducir el consumo de energía en un 30-40% sin ningún coste adicional, a parte de conseguir el confort térmico, ambiental y acústico adecuado para las personas que lo habitan o que trabajan en él. Encontrar la forma, la orientación y la organización espacial desde el principio, tanto en planta como en sección es, por tanto, muy importante. Una vez construido, los cambios en el edificio son muy difíciles de efectuar (por no decir imposibles) y muy costosos, tanto desde el punto de vista económico como medioambiental.

Esquema resumen de aspectos bioclimáticos a tener en cuenta en un edificio. (ampliar imagen)


ASPECTOS PRINCIPALES EN LOS QUE INFLUYE LA FORMA Y ORIENTACIÓN DEL EDIFICIO

De una forma general, estos son los objetivos principales que debe perseguir un correcto diseño del edificio:

– Confort térmico y Calidad del aire interior.




– Calidad acústica.




– Confort visual.

ASPECTOS A TENER EN CUENTA Y CONSEJOS VARIOS

Considerar la adaptabilidad de las personas a los edificios significa que las definiciones de confort también pueden ampliarse. Un proyecto inteligente utilizará la masa del edificio para moderar los cambios de temperatura; elementos ajustables, como persianas, contraventanas y ventilación para responder a condiciones variables; y sistemas activos de calefacción o refrigeración para mantener la temperatura deseada o, por lo menos, moderar el clima exterior. La recopilación de información sobre el clima forma parte de cualquier estrategia para crear un edificio saludable y permite que los proyectistas evalúen un emplazamiento para prevenir las condiciones meteorológicas adversas o los riesgos naturales que podrían afectar al edificio. Supone un reto para la arquitectura lograr que la vivienda esté protegida en el invierno y refrigerada en el verano, siendo muy complicado adecuar la residencia en localidades donde el contraste de temperatura entre el verano y el invierno es muy marcado.

A. El CONFORT TÉRMICO es el estado en el que el mecanismo termorregulador del cuerpo no está sometido a ningún esfuerzo importante. Por tanto, el mantenimiento del equilibrio térmico interior debería prevenir subidas o bajadas indebidas de la temperatura corporal y, al mismo tiempo, ayudar a que las funciones fisiológicas prosigan con normalidad. Para ello, la temperatura ambiente debería proporcionar confort térmico a los ocupantes (20-22ºC en invierno y 24-26ºC en verano son temperaturas razonables, pero debe tenerse en cuenta el clima local, así como la actividad y la capacidad de adaptación). El movimiento del aire en los espacios no debería ser excesivo (niveles aceptables son 0,1-0,15 m/s en invierno y o,25 m/s en verano). La humedad relativa debería mantenerse a un nivel aceptable (40-70% en latitudes septentrionales; 50-60% en verano y 40-50% en invierno en climas mediterráneos).

El clima en Europa pasa de una estación fría y otra cálida, de modo que los edificios deben disponer de cierta flexibilidad para adaptarse a los cambios. Además, en muchos emplazamientos las características del microclima crean sus propios problemas, como, por ejemplo, fachadas meridionales demasiado expuestas al viento. Otras condiciones, como emplazamientos angostos, lindes irregulares o normativas locales, pueden limitar aun más las posibilidades del arquitecto para conseguir una respuesta óptima al clima.

En todos los climas, las viviendas adosadas son las más eficientes, pues solo tienen dos fachadas al exterior y disponen de ventilación cruzada. Con una misma superficie útil, un piso consume menos energía que una vivienda adosada, una vivienda adosada menos que una pareada, y una pareada menos que una exenta.

Un edificio alargado con orientación este-oeste expone su cara longitudinal (sur) a la mayor ganancia de calor en los meses de invierno, y las caras transversales (este y oeste) a la mayor ganancia de calor en los meses de verano. En las latitudes europeas, la fachada sur de un edificio recibe al menos tres veces más radiación solar en invierno que las fachadas este y oeste. En verano, la situación se invierte. Tanto en verano como en invierno, el lado norte recibe muy poca radiación. Por lo tanto, se considera que una forma alargada con orientación este-oeste es la más eficaz en todos los climas para reducir los requisitos de calefacción en invierno y de refrigeración en verano.

  • Una proporción media del 30% entre la superficie de las ventanas y la de los muros es un buen punto de partida para el proyecto, pero debería ajustarse teniendo en cuenta el clima, la orientación y el uso del edificio. En los climas cálidos, se debe considerar la posibilidad de limitar la superficie de ventanas a aproximadamente el 10% de la superficie construida. Los mecanismos de control solar, como persianas venecianas, contraventanas, pantallas, deflectores y vidrios fotocrómicos, termocrómicos o electrocrómicos, pueden utilizarse para controlar la incidencia de radiación solar.

  • Los muros exteriores pintados de colores claros reflejan la radiación solar.

  • En los climas cálidos, los edificios deben estar orientados de manera que aprovechen los vientos dominantes en verano.

  • La ventilación natural nocturna es eficaz para reducir la temperatura del aire durante las épocas de calor. El caudal de ventilación debe ajustarse a los estándares de calidad del aire y a las recomendaciones sanitarias. Las ventanas deben incorporar posibilidades de microapertura para ventilación, como las ventanas oscilobatientes.

  • Para garantizar una distribución adecuada de luz natural, sería deseable poder ver algo de cielo desde la mayoría de las zonas de un espacio. Tanto la iluminación natural como la artificial debe cumplir ciertos requisitos fisiológicos y de salud: intensidad óptima, similar luminosidad, protección contra el deslumbramiento, ausencia de sombras y contraste adecuado.

  • Siempre que sea posible, debemos situar los espacios que requieran calefacción continuada en las fachadas orientadas a sur, para que se beneficien de la ganancia solar; a norte, situar espacios que no la necesitan y que, además, actuarán como amortiguadores térmicos. Los espacios que solo requieren calefacción intermitente pueden ocupar orientaciones menos favorables. Para un rendimiento óptimo de los sistemas pasivos de calefacción, iluminación y refrigeración naturales, los espacios que requieran ganancia solar deberían estar orientados con un ángulo inferior a 15º a sur.

  • Por el contrario, los espacios que necesitan refrigeración deberían situarse en la fachada norte. Los espacios donde la luz natural es importante deberían estar, obviamente, cerca de los muros o de la cubierta. La profundidad y la sección del edificio son aspectos clave para permitir la ventilación natural.
    En lo que se refiere a la calefacción y refrigeración, la forma óptima del edificio será la que permita una menor pérdida de calor en invierno y la menor ganancia posible en verano. Esto variará, naturalmente, según las zonas climáticas.

  • Situación de las puertas de entrada lejos de las esquinas y de los vientos dominantes.

  • Utilización de la inercia térmica para almacenar el calor producido por la ganancia solar y transmitirlo a medida que descienden las temperaturas interiores.

  • Dos elementos formales utilizados habitualmente en los edificios convencionales, la galería y el atrio, pueden desempeñar un papel importante en el diseño solar pasivo. La galería ha demostrado ser un elemento práctico y versátil de calefacción solar pasiva. Utilizando distintos enfoques que combinan la ganancia solar directa e indirecta, puede incorporarse al proyecto de un edificio de nueva planta o constituir una extensión de un edificio existente. El atrio tiene la capacidad de transformar, tanto en lo funcional como climáticamente, lo que podría considerarse una calle anónima o un patio sin vida, en un espacio protegido y útil, un gran atractivo para cualquier urbanización. Un atrio bien proyectado incrementará el confort interior y compensará la inversión llevada a cabo.

  • Los cinturones verdes, los árboles y las plantas trepadoras, así como los depósitos de agua, pueden utilizarse para reducir las temperaturas de los muros y cubiertas en condiciones de calor.

B. Cada vez se reconoce más la importancia de mantener la CALIDAD DEL AIRE INTERIOR. Esto se debe, al menos en parte, a la tendencia actual a reducir los niveles de ventilación como resultado de cambios en los estilos y técnicas de construcción, y/o de medidas deliberadas para reducir la pérdida de calor. Además, la contaminación del aire interior ejerce un impacto directo sobre la salud que es superior al de la mayoría de los problemas ambientales y, por tanto, afecta también a la productividad en el trabajo.

Siempre que la calidad del aire exterior sea aceptable, los problemas tradicionales de ambiente cargado y malos olores pueden resolverse normalmente mediante tasas adecuadas de renovación, una distribución eficaz del aire y el control de las fuentes interiores de contaminación. Cuando el aire exterior es impuro, o el uso concreto del edificio pone a prueba los sistemas de ventilación, puede ser necesario adoptar otras medidas.

  • El caudal de ventilación debe ajustarse a los estándares de calidad del aire y a las recomendaciones sanitarias.

  • Es aconsejable que las ventanas y huecos exteriores permitan una ventilación fácil y controlable, e incluso que incorporen posibilidades de “microapertura” para ventilación, como las ventanas oscilobatientes.

  • Las entradas y salidas de aire de los sistemas mecánicos deben estar situadas de forma que no causen molestias a los usuarios ni a las propiedades cercanas.

  • La utilización de materiales sostenibles y no contaminantes ni perjudiciales, es primordial para un ambiente saludable.

C. En cuanto a la CALIDAD ACÚSTICA, aunque habitualmente no ha sido una cuestión prioritaria en el proyecto sostenible, debería tenerse en cuenta, al menos, respetar los niveles de ruido aceptables y recomendados, según la actividad que vaya a desarrollarse en el edificio. Muchas actividades humanas, como, por ejemplo, trabajos intelectuales que requieran concentración, conversar, escuchar música o dormir, exigen niveles de ruido controlados y/o intimidad acústica.
Las fuentes de molestia acústica, dependiendo del medio en el que nos encontremos, pueden ser: a) exteriores (tráfico, ruido urbano exterior…); b) interiores (otros usuarios, actividades que se realicen dentro del edificio…); o c) del propio edificio (instalaciones…).

  • Los edificios pueden protegerse del ruido exterior con una buena orientación (aunque puede entrar en conflicto con la orientación solar o climática) y utilizando barreras acústicas como muros, bermas o vegetación.

  • Las actividades y los equipos que generen ruido dentro del edificio deberían situarse lo más lejos posible, en lugares no ocupados. Y aislarlos convenientemente.

  • Los espacios que comparten muros y suelos deberían ser destinados a usos similares.

  • Elegir convenientemente los sistemas de compartimentación de los espacios, según los usos que separen.

  • La mejor forma de reducir la transmisión del sonido es aumentar la masa de los elementos estructurales del edificio.

  • Las ventanas y huecos exteriores son una de las principales causas de la infiltración de ruido. Dependiendo del entorno, pueden estar selladas o incorporar vidrios aislantes, como el laminado, o dobles ventanas. Las rejillas de ventilación deberían estar provistas de deflectores acústicos.

  • Las tuberías de desagüe deben estar convenientemente aisladas, y no debe´rian pasar cerca de salas de estar o dormitorios.

  • Y colocar todos los aislamientos necesarios para cumplir la normativa vigente, en nuestro caso, el DB-HR del Código Técnico de la Edificación.

D. Y, finalmente, con el CONFORT VISUAL, nuestro objetivo debe ser proporcionar una luz adecuada tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo. En cualquier clima, es necesario encontrar un equilibrio entre los requisitos de luz natural y los del confort térmico. La luz natural es beneficiosa para la salud y su carencia puede causar depresión, enfermedades óseas (debido a la carencia de vitamina D) y trastornos del sueño y de concentración. Una mala iluminación también puede producir fatiga visual, dolores de cabeza, irritabilidad, errores y accidentes. La iluminación confortable de un espacio dependerá de la cantidad, distribución y calidad de la luz. También es importante el impacto psicológico de la ausencia de vistas al exterior.

  • Una buena orientación y una distancia correcta entre edificios favorecen la incidencia de luz natural.

  • La proporción de superficie acristalada y la disposición de las ventanas deberían garantizar una iluminación natural adecuada en el interior de los edificios.

  • Para garantizar una distribución adecuada de luz natural, sería deseable poder ver algo de cielo desde la mayoría de las zonas de un espacio.

  • Tanto la iluminación natural como la artificial deberían cumplir ciertos requisitos fisiológicos y de salud: intensidad óptima, similar luminosidad, protección contra el deslumbramiento, ausencia de sombras y contraste adecuado.

  • Siempre que sea posible, los espacios deberían disponer de ventanas o lucernarios que permitan que los ocupantes mantengan cierto contacto visual con el exterior.

R4House (Reutiliza-Recupera-Recicla-Razona): Modelo de vivienda bioclimática, diseñada por Luis de Garrido, realizada con materiales reciclados, reutilizados y recuperados, con un consumo energético cero, y sin generar residuos ni en su construcción ni en su deconstrucción. (Completa descripción en CONSTRUIBLE.es)

En futuras entradas (o posts) estudiaré con mas detalle algunos de los aspectos y estrategias principales vistos anteriormente.

Fuente:  
Un Vitruvio Ecológico. Principios y práctica del proyecto arquitectónico sostenible.



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6 Responses to buscando la forma y orientación óptima de los edificios

  1. Anónimo

    Buenos Días jose Manuel, me llamo Joaquín y estoy realizando un trabajo referente a la implantación de medidas de eficiencia y ahorro energético en un colegio de nueva construcción, simplemente decirte que me has ayudado mucho en el enfoque del trabajo de una manera clara y concisa, es de agradecer….abusando de tu confianza te plantearia una cuestión, este colegio (privado) tiene dos piscinas una cubierta y otra descubierta, ¿que sistema de energía renovable me aconsejarias solar con apoyo de caldera de biomasa, solo calderas de biomasa, geotermica, geotermica con apoyo de biomasa?, atendiendo a criterios de eficiencia y tambien económicos, gracias y un saludo…..estas en favoritos

  2. josemrsilva

    Hola Joaquín, me alegro de haberte sido de ayuda y te agradezco el comentario. Siempre es estimulante.

    Respecto a la pregunta que me haces, las medidas más adecuadas para un edificio (o piscina en este caso) entiendo que siempre dependerán de las condiciones de cada proyecto y de la zona donde trabajes.

    Evidentemente en España, y especialmente en Andalucía (aunque no sé donde está implantado tu proyecto),
    la energía solar es la más adecuada y debe estar siempre presente dada la cantidad de horas de luz solar que tenemos al año. Incluso puedes encontrar datos climáticos de tu zona en:
    http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/datosclimatologicos/valoresclimatologicos
    y ahí puedes ver y justificar la media de horas de sol en cada mes del año.

    En cuanto a la energía geotérmica, tendrías dos soluciones: una instalación horizontal, si tienes suficiente espacio libre para su colocación; o en vertical, si no disponemos de mucho espacio, aunque esta solución es bastante más cara. Es un sistema adecuado para obra nueva, y quizá en un colegio que puede tener bastante espacio libre en patios de juego, puede ser bastante apropiado.
    (En esta entrada hago un repaso de este sistema: http://arquitecturayecosistema.wordpress.com/2011/10/05/nada-como-el-calor-de-una-madre/)

    Y las calderas de biomasa, si tienes un suministrador cercano, resultan muy rentables en poco tiempo. El coste del material es muy bajo y a la vez que eliminas residuos, consigues calor.

    En cuanto a combinar sistemas, entiendo que el solar puede ser el sistema principal ya que la actividad en un colegio normalmente será durante el día. Y tener un sistema de apoyo de biomasa o geotérmico horizontal para días o épocas de muy mal tiempo.
    Pero claro, dependiendo de la zona, puedes conseguir biomasa producida en el entorno a menor precio, por ejemplo, en cooperativas agrarias. Y de esta forma también utilizas elementos locales, que siempre es bienvenido social y económicamente. Y podría convertirse éste en un sistema principal, y teniendo el suministro de biomasa asegurado y controlado, quizá no sería necesario un sistema secundario (que supondría un gasto extra).

    Siento no poder ser más específico, pero como te he dicho antes, dependiendo de la región en la que se implanta el colegio y del espacio libre que tengas, será más adecuada una solución u otra.

    Saludos!!

  3. Anónimo

    Hola José Manuel, soy Joaquín, agradecerte de antemano tu respuesta creo que ya sé por que sistema me voy a decantar atendiendo al criterio económico que me ha “impuesto” la propiedad, disculpa que no haya sido más conciso, es un colegio situado en Madrid, por tanto en zona IV en cuanto a la radiación solar media anual según CTE, por tanto el nivel de radiación es alto. Como tu bien dices, y aunque problemas de superficie no hay, son 250.000 m2 de parcela, el sistema geotermico es más caro, sobretodo el vertical, además si bien hay esa superficie, va a ver muchas instalaciones deportívas, y la superficie que se tiene que dedicar a un sistema horizontal geotermico tambien es grande y tiene que estar despejada ya que aprovecha a estas profundidades 70-80 cm-1.2 m, la radiación solar, por tanto puede haber problemas. las necesidaes energéticas del colegio son elevadas, ya que como te comenté, además de las necesidades de ACS estipuladas por CTE (3 l/alumno, va a tener capacidad para 2.500) tiene dos piscinas, una de ellas, la descubierta, de dimensiones olimpicas , junto con las instalaciones propias de la actividad polideportíva, duchas, vestuarios etc…Por tanto creo que el mejor sistema de abastecimiento energético es la solar-biomasa, pudiendose reducir asi las potencias unitarias de cada sistema, y si me permites una pregunta más, ¿son tan buenas las placas solares termodinámicas,?, pensando en este caso en concreto, Gracias y un saludo.

  4. josemrsilva

    Siendo sincero, no sabría hablarte con seguridad de la valía de los paneles termodinámicos, solo la información que tú seguramente ya tendrás de haber investigado.
    El inconveniente está en que utiliza electricidad cuando lo necesita, y ahí es donde me surgen las dudas de su rendimiento.

    Seguramente será un buen sistema, pero en este caso particular, en el que has decidido colocar la caldera de biomasa como sistema de apoyo, quizá no sea necesario “complicarse la vida”, teniendo en cuenta que la empresa instaladora debería garantizar que ese gasto eléctrico extra a lo largo del tiempo es mínimo, y dudo que puedan cuantificarlo ya que depende de condiciones que no se pueden controlar.
    Todos los sistemas necesitan con el tiempo un coste lógico de mantenimiento, pero si a esto le añades un gasto eléctrico que, aunque sea poco, no puedes prever su cantidad, el promotor tiene que tenerlo lo suficientemente claro.

    No obstante, reitero que este comentario es más una apreciación personal que técnica.
    Espero haberte ayudado, aunque sea de una forma poco rigurosa…

    Un saludo!

  5. Anónimo

    Buenos Dias Jose Manuel, agadecerte tu tiempo y que me hayas aclarado determinados temas, te hacía la pregunta de las placas termodinámicas ya que la información que he conseguido, via internet, es casi toda, que si no era una página publicitaria tenía un alto contenido propagandistico, y como tu bien sabes en los temas de suministro energético hay que, primero elegir bien el sistema y luego dimensionarlo lo más ajustado posíble, ya que son inversiones caras, lo dicho, ha sido un placer y estamos en contacto, gracias y un saludo.

  6. josemrsilva

    Totalmente de acuerdo, Joaquín.

    Y gracias por tus comentarios. Hace poco mas de un año que comencé con el blog, y a veces dudas de que realmente pueda servir de algo, más allá del beneficio propio de aplicar y seguir investigando con lo aprendido en cursos y con mi propia experiencia.

    Un saludo, y seguimos en contacto.

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