Construcción y Desarrollo Sostenible “Arquitectura Bioclimática”. Parte 1

Máster Interuniversitario: Representación y Diseño en la Ingeniería y Arquitectura

RESUMEN

En este trabajo se expone un resumen de los conceptos de Construcción y Desarrollo Sostenible y Arquitectura bioclimática. Se hace un extenso repaso de los antecedentes y orígenes de este tipo de arquitectura y de las principales metodologías existentes, centrándonos en especial en el concepto de arquitectura bioclimática, y más aún, en la nueva corriente que estamos experimentando hacia una arquitectura eficiente energéticamente con la incorporación de sistemas renovables. Para ello, se describen los diferentes tipos de edificaciones y los sistemas de control climático, además de los criterios de diseño para su correcta ejecución, dando mayor importancia a la incorporación de energías renovables. Se expone la normativa aplicable en la actualidad. Así como un estudio sobre la participación de energías renovables en España y la cantidad de toneladas de CO2 evitadas. Concluyendo que a pesar de no cumplir las expectativas del plan analizado, y ser el quinto país de Europa en incorporación de energías renovables, ha disminuido considerablemente las emisiones de CO2.
Palabras clave: Construcción sostenible, desarrollo sostenible, arquitectura bioclimática, energías renovables.

ABSTRACT

This paper presents a summary of the concepts of Sustainable Development and Construction and Bioclimatic Architecture. It is an extensive review of the history and origins of this type of architecture, and major methodologies. Focusing particularly on the concept of bioclimatic architecture, and even more in the new trend we are experiencing to a power-efficient architecture with the incorporation of renewable systems. This describes the different types of buildings and climate control systems, as well as the design criterias for correct implementation, giving more importance to the incorporation of renewable energy. It describes the currently applicable regulations. As a study on the share of renewable energies in Spain and the number of tons of CO2 avoided. Concluding that despite not meeting the expectations of the plan review, and become the fifth country in Europe to incorporate renewables has declined significantly emissions of CO2.
Keywords: Sustainable construction, sustainable development, bioclimatic architecture, renewable energy.

1. INTRODUCCIÓN

El modelo de crecimiento que ha sufrido España en los últimos años, junto con la especulación inmobiliaria oportunista, ha dado lugar a que nuestro país sea el más insostenible de la Unión Europea. Como prueba tenemos la dependencia energética, que se ha ido incrementando en la última década sin bajar nunca de un porcentaje del 80%. (Ruiz-Larrea y col., 2008).

El uso actual e incontrolado de los recursos naturales y del medio ambiente supone una disminución de la utilización en próximas generaciones. Además de dar lugar a fenómenos como, el cambio climático, el deterioro de la capa de ozono, la aparición de lluvia ácida, la deforestación o la pérdida de biodiversidad. (Alavedra y col., 1997).

Uno de los principales orígenes de la contaminación es el entorno construido. Pues dentro de las actividades industriales, la actividad constructora es la mayor consumidora, empleando entre el 20 y el 50% de los recursos físicos. ( La Roche, 2010). Además, hay que tener en cuenta, que la contaminación no sólo se produce en el proceso constructivo, sino que durante su vida útil los edificios siguen contaminando por las emisiones que se producen en ellos o el impacto sobre el territorio, y las producidas por su derribo, debido a la gran cantidad de residuos que generan.

Por esto mismo se hace necesario incorporar unos criterios de sostenibilidad y de utilización racional de los recursos naturales disponibles en la construcción. Nuestro objetivo es conseguir edificios que cumplan con los requisitos de funcionalidad y confort de los usuarios, a la vez que muestren una calidad estética y de diseño urbanístico de cierto nivel, y contribuyan a reducir el uso de recursos y los efectos adversos en el medio ambiente local y mundial. (Ruiz-Larrea y col., 2008).

Para ello, nos vamos a centrar en una construcción y desarrollo más sostenible, concretamente en la Arquitectura Bioclimática, incorporando sus estrategias pasivas y las nuevas técnicas activas orientadas al ahorro, la eficiencia energética, el bienestar y confort de los usuarios y la integración armónica al medio ambiente. En realidad, supone una adaptación y puesta al día, trascendente de conceptos que han informado la arquitectura vernácula, arquitectura sin arquitectos, desde tiempos inmemoriales. Pues en ésta, ya se empleaban estrategias de radiación, ventilación o humectación que contribuían a recuperar la sensación de bienestar, lo que hoy conocemos como empleo de estrategias pasivas en la arquitectura bioclimática.

Pero como no es posible seguir diseñando con criterios de hace años, puesto que las necesidades y estilos de vida han variado enormemente, en este nuevo contexto, será sin duda, la eficiencia energética (estrategia activa), con la incorporación de sistemas renovables, el concepto clave que abrirá de nuevo las puertas a una renovada industrialización: ahorro y eficiencia en origen por el control del diseño y la fabricación; eficiencia en la puesta en obra y ahorro por la rapidez derivada de ella; ahorro y eficiencia en la vida útil del edificio por la técnica incorporada e, incluso, ahorro y eficiencia en la propia muerte del edificio, preparándolo a su particular “buen morir”: el reciclaje.

Se trata, sin duda, de parámetros de gran importancia para la construcción del nuevo paradigma de la sostenibilidad.

Con todo lo descrito anteriormente, y tras analizar varias estadísticas diferentes sobre la implantación de las energías renovables en España, los objetivos específicos de este Trabajo Fin de Máster son los siguientes:

1. Comprobar si el Plan de Energías Renovables en España 2005-2010 cumple sus expectativas.
2. Analizar la producción en términos de energía primaria y las emisiones de CO2 evitadas frente a otros gases para el 2010.
3. Analizar las tendencias futuras en la implantación de energías renovables.
4. Analizar la posición de España en incorporación de energías renovables a nivel europeo.

2. ANTECEDENTES

Desde tiempos inmemoriales siempre ha existido la arquitectura vernácula, una arquitectura sin arquitectos, que se adaptaba al clima, la zona, y que aprovechaba las estrategias de radiación, ventilación y humectación entre otras. (Fuentes, 2002). Sí recordamos algunas de estas construcciones, tenemos por ejemplo:

Pero estas estrategias no son primitivas de la arquitectura vernácula, ya que un estudio realizado por Margarita de Luxán de la arquitectura monumental y palaciega, demuestra que la Alhambra de Granada tiene muchas semejanzas. De hecho, la disposición de los patios no es algo casual, sino que coinciden con la dirección de los vientos dominantes en verano. De esta forma, el aire recorrería el patio, se enfriaría con el agua de los estanques, se adentraría en las amplias estancias y se escaparía por las
aberturas superiores de estas estancias, cuyos muros están realizados en tapia calicastrada (con una altísima masa térmica). (Baño, 2004).

Es por tanto, la adaptación y puesta al día de la arquitectura vernácula, la que ha dado lugar a lo que hoy conocemos como Arquitectura Bioclimática. Pero realmente comenzamos a conocerla con este nombre, cuando a mediados de la década de los setenta del siglo XX la crisis del petróleo causaba estragos en el mundo desarrollado, y arquitectos, ingenieros y físicos sumaron esfuerzos para dar una propuesta diferente al modo de diseñar y construir en arquitectura. Surgiendo así el término Arquitectura Bioclimática como respuesta. En la búsqueda de antecedentes el pionero fue Víctor Olgyay, profesor de la Escuela de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Princeton hasta 1970 y precursor de la investigación de la relación entre arquitectura y energía. Su libro “Arquitectura y Clima” formó a la mayoría de los arquitectos bioclimáticos.

Ya en los años cincuenta, los hermanos Olgyay (Víctor y Aladar) planteaban una arquitectura completamente diferente y sus artículos y libros alcanzaron su síntesis en 1962.

El primer artículo fue “The temperate house” (1951), seguido de otros trabajos sobre “Bioclimatic Approach to Architecture” y “Solar control and orientation to meet bioclimatical requirements” (1954), una edición más completa trataba sobre “Application of climate data house design” (1954). Más adelante surgen “Sol-Air orientation”, “Environment and building shape” (1954) y finalmente “Solar control and shaiding device” (1957).
En 1963 proponen un término “Diseño Bioclimático” tratando de enfatizar los vínculos y múltiples interrelaciones entre la vida y el clima (factores naturales) en relación con el diseño, también exponen un método a través del cual el diseño arquitectónico se desarrolla respondiendo a los requerimientos climáticos específicos. Un método similar es propuesto poco después por el arquitecto israelí Baruch Givoni (1969), basado en la carta Psicrométrica. Más adelante surgieron otras definiciones como diseño ambiental, eco-diseño, diseño natural, bio-diseño, etc. en realidad todos tratan de establecer la importancia del diseño basado en la relación Hombre-Naturaleza. (Fuentes, 2002).

Para lograr esta arquitectura es necesario un cambio conceptual de esta relación ya que bajo esta nueva perspectiva el diseño contemplará, de manera natural, todos los factores que interactúan integralmente.

La arquitectura bioclimática contribuye de manera significativa al bienestar, eficiencia, salud, economía y ecología. (Fuentes, 2002). Para solucionar los problemas de inadaptación de los espacios al medio ambiente natural, se debe hacer desde sus orígenes, partiendo de los objetivos fundamentales de la arquitectura:

1. Crear espacios habitables que cumplan con una finalidad funcional y expresiva, que sean física y psicológicamente saludables y confortables para propiciar el óptimo desarrollo del hombre y de sus actividades.
2. Uso eficiente de la energía y los recursos, tendiendo hacia la autosuficiencia de las edificaciones.
3. Preservar y mejorar el medio ambiente, integrando al hombre a un ecosistema equilibrado a través de los espacios.

Es decir, diseñar espacios arquitectónicos que se hayan construido sosteniblemente. Así, ellos responderán de forma integral y armónica a la acción de los factores ambientales naturales del lugar.
La envolvente del edificio debe ser diseñada como un agente dinámico que interactúe favorablemente entre el exterior e interior y viceversa, es decir, que actúe como un filtro selectivo biotérmico, lumínico y acústico, capaz de modificar favorablemente la acción de los elementos naturales, admitiéndolos, rechazándolos y/o transformándolos cuando así se requiera. (Fuentes, 2002).

2.1. Principales metodologías de diseño bioclimático

2.1.1. Metodología de los hermanos 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).

Víctor Olgyay define su equilibrio de diseño climático mediante el siguiente método de análisis y diseño:

1. Análisis climático:
   El primer paso hacia el ajuste ambiental es el análisis de los elementos climáticos de una localidad dada. Deben analizarse datos anuales de temperatura, humedad, radiación y efectos del viento; si fuera necesario, los datos deberán ser adaptados al nivel habitable, y deben considerarse los efectos de las condiciones microclimáticas.
2. Evaluación Biológica:
   La evaluación biológica debe basarse en las sensaciones humanas. La graficación de los datos climáticos en la carta bioclimática e intervalos regulares mostrará un diagnóstico de la región, y se determinarán tablas de datos horarios.
3. Soluciones tecnológicas:
   Después de determinar los requerimientos, se deben buscar soluciones tecnológicas. Para ello deberán realizarse los siguientes cálculos:
   – Selección del sitio
   – Orientación
   – Determinación de sombras
   – Forma de la casa
   – Movimientos de aire
   – Balance de temperatura interior
4. Expresión arquitectónica
   A través de los resultados obtenidos en los tres pasos anteriores, se deberá desarrollar los conceptos arquitectónicos y equilibrados de acuerdo a la importancia de los diferentes elementos.

2.1.2. Metodología de Baruch Givoni

En la actualidad uno de los especialistas en Arquitectura bioclimática más reconocidos del mundo. Principalmente a partir de la publicación en 1969 del libro “Man, Climate and Architecture” (Hombre, clima y arquitectura). En el que plantea la relación entre el confort humano, el clima y la arquitectura. Entendiendo arquitectura como el edificio que contiene y protege al hombre y sus actividades. Para esto su trabajo llega a la síntesis en un climograma realizado sobre un Diagrama psicrométrico donde traza una zona de confort higrotérmico para invierno y verano. Luego propone otras zonas donde es posible alcanzar el confort mediante la incorporación y/o aplicación de Estrategias de diseño pasivo. Avanza en los trabajos realizados por Olgyay.

Su modelo permite, mediante la inserción en el climograma de valores de temperatura y humedad medios mensuales, trazar las características bioclimáticas de un sitio. Pero más importante es, que de su interpretación, sugiere estrategias de diseño para resolver un proyecto de edificación a fin de mantenerlo en confort sin uso de energía adicional a la del sol, el viento, las temperaturas día – noche y la humedad ambiente. (Givoni, 1969).

2.1.3. Metodología de Szokolay

Su propuesta se define en cuatro etapas (Szokolay, 1984):
Tiene como objetivos la recopilación concisa, identificación de restricciones, estudio de condiciones climatológicas y la definición de los esquemas especiales. Así como la definición de una propuesta energética.

1. Anteproyecto:
   Tiene por objetivo la generación de ideas, y la formulación y prueba de hipótesis de diseño. Como producto se deberá contar con una propuesta de diseño.
2. Proyecto:
   En esta etapa se detallan las decisiones de diseño, teniendo conciencia de las consecuencias energéticas de cada decisión. Se deben elaborar planos, detalles y especificaciones.
3. Evaluación Final:
   Se deberán hacer análisis térmicos, de ventilación, lumínicos y estimación del uso de la energía para todos los propósitos, todo ello a través de distintas herramientas. Esta etapa debe concluir con una propuesta espacial y energética definitiva.
   

2.1.4. Metodología de Kean Yeang

Kean Yeang (1999), es uno de los mejores exponentes de la nueva tendencia de la arquitectura ambiental. La preocupación que generan los grandes problemas globales y regionales, ha originado que un gran número de arquitectos y diseñadores se replanteen la forma de diseñar y construir. Esta nueva forma de entender a la arquitectura con relación a la naturaleza ha generado también una nueva forma de abordar los problemas de diseño, surgiendo una nueva metodología de tipo ambientalista. Su propuesta empieza definiendo los vínculos entre el medio edificado y su medio ambiente exterior, como una parte fundamental del proceso de diseño. Las interrelaciones pueden ser clasificadas en cuatro grupos generales:

1. Las interdependencias externas del sistema proyectado (sus relaciones externas o ambientales).
2. Las interdependencias internas del sistema proyectado (sus relaciones internas).
3. Los trasvases de energía y materia del exterior al interior del medio edificado (sus recursos, inputs).
4. Los trasvases de energía y materia del interior al exterior del medio edificado (sus productos, outputs).

Considera al flujo de energía y materia en el medio edificado como un modelo de uso en el contexto de la vida útil del edificio. El modelo de uso comprende las siguientes fases: Producción, Construcción, Funcionamiento y Recuperación. El arquitecto convencional, se preocupa generalmente sólo por la etapa de construcción y casi nunca por la etapa de funcionamiento (operación y mantenimiento), como se puede apreciar, Yeang incorpora una etapa previa de producción y una final de recuperación, considerando al edificio dentro de un ecosistema muy amplio.
Los esquemas que plantea quedan definidos en tres aspectos:

1. Recursos (inputs) totales en el ciclo de vida de un sistema edificado.
2. Productos (outputs) totales en el ciclo de vida de un sistema edificado.
3. Impactos durante el ciclo de vida de un sistema proyectado.

Finaliza estableciendo criterios para la evaluación del sistema proyectado. Esta nueva visión holista de la arquitectura está cobrando mucha fuerza en nuestros días por lo que se espera que esta metodología tendrá un gran impulso en los próximos años.

2.1.5. Metodología de Morillón

Morillón (2000), propone que para que un edificio sea sostenible, debe ser bioclimático, hacer un uso eficiente de la energía, utilizar las energías alternativas y lograr la autosuficiencia.
Las etapas básicas del proceso de diseño son:

1. Recopilación y procesamiento de la información.
2. Diagnóstico.
3. Definición de estrategias de climatización.
4. Recomendaciones del Diseño.
5. Anteproyecto.
6. Evaluación térmica.
7. Toma de decisiones.
8. Proyecto definitivo.

Por: Sonia Salazar Mañas
Director/es: Antonio Jesús Álvarez Martínez
Universidad de Almería