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Arquitectura bioclimática

Arquitectura bioclimática

La arquitectura bioclimática entra dentro lo que se denomina energía solar pasiva. Este tipo de arquitectura utiliza elementos naturales del lugar (el sol, el viento, el agua, suelo y vegetación) para lograr edificios térmicamente eficientes capaces de satisfacer las exigencias de confort térmico, independientemente del uso de sistemas de aire acondicionado.

El enfoque bioclimático está relacionado con el principio de la autosuficiencia y la constatación de que los principales fenómenos que inciden negativamente en el medio ambiente son causados por el consumo de grandes cantidades de energía no es renovable, combustibles fósiles o energía nuclear. La construcción es un sector altamente contaminante porque la mayoría de las emisiones de gas y CO2 provienen de los sistemas de aire acondicionado y calefacción favoreciendo el cambio climático y el efecto invernadero.

El objetivo de la arquitectura bioclimática es el control del microclima interno, con estrategias de diseño pasivas que, al minimizar el uso de sistemas mecánicos, maximizan la eficiencia de los intercambios de calor entre el edificio y el entorno.

La arquitectura bioclimática define las características geométricas y estructurales del edificio, su ubicación y orientación de tal manera que se adapte a las diferentes condiciones climáticas.

En general, en las regiones de clima templado hay tres fases térmicas que corresponden a diferentes requisitos de construcción:

  • Invierno: debe fomentarse la irradiación solar en las paredes y ventanas para calentar el interior; El alto aislamiento térmico del recinto también es necesario para conservar el calor acumulado.
  • Verano: es necesario proteger el edificio de la radiación solar con sistemas de sombra, tener cubiertas de alta masa y, por lo tanto, una alta inercia térmica, así como favorecer la ventilación natural del edificio.
  • Media temporada: requiere la combinación de soluciones de enfriamiento y calefacción.

Tipos de captación de energía en la arquitectura bioclimática

En la arquitectura bioclimática podemos distinguir tres tipos de captación de energía: La captación directa, la captación indirecta y la captación separada.

Captación directa

Se denominan sistemas pasivos de captación directa los sistemas arquitectónicos que representan un aprovechamiento inmediato y fácil, por ejemplo, las viviendas orientadas captan la energía solar del sol directamente; pero este no es el único requisito para poder hablar de vivienda solar. Esta forma de aprovechamiento de la radiación solar es un claro ejemplo de energía solar pasiva.

Los sistemas directos deben incluir, además, componentes para controlar las pérdidas energéticas de las noches invernales y las exageradas subidas de temperatura en verano. Indudablemente, los sistemas pasivos directos de la energía solar son cercanos a los tradicionales.

Captación indirecta

Se denominan sistemas pasivos de captación indirecta los sistemas arquitectónicos en los que, mediante un captador, se conduce el calor hacia el interior del habitáculo integrado dentro de su estructura.

De los sistemas pasivos de captación indirecta, sobresale la llamada pared Trombe, Inventada por Michel Tromble: se trata de un vidrio encima de un muro macizo negro mate que hace de acumulador y de difusor del calor en el interior de la casa. Este simple dispositivo puede representar un importante ahorro energético.

En climas cálidos, sin embargo, se deben tener en cuenta los problemas con el exceso de energía térmica que se padecen en verano, que también se pueden solucionar con la implementación de unos alerones o sombrillas que mantengan el muro a la sombra.

Otro sistema consiste en sustituir una pared o el techo con bidones de metal negro llenos de agua o captadores negros, respectivamente. En ambos casos, los depósitos de agua calentarían durante el día, y durante la noche, aislados del exterior, soltarían la energía térmica en el interior de la casa.

Captación separada

Se denominan sistemas pasivos de captación separada los sistemas arquitectónicos que, mediante un captador, conducen la energía térmica hacia el interior del habitáculo y que están separados de la vivienda, pero no alejados.

En el caso en que estuvieran alejados, no se podrían llamar pasivos, ya que se necesitaría un transporte forzado y estaríamos hablando de calentadores solares de aire. En este sistema, la radiación solar se recoge en una cámara acristalada, que se puede usar invernadero agrícola, separada de la vivienda por una superficie captadora.

Integración de energías renovables

Los edificios a los que se ha considerado una arquitectura bioclimática, además del uso de la energía solar pasiva se suelen instalar sistemas adicionales de energía renovable.

Mediante la integración de fuentes de energía renovable, es posible que todo el consumo energético sea de generación propia y no contaminante. En este caso, el objetivo es construir edificios 0 emisiones. Los edificios energía plus son aquellos edificios generan más energía de la consumida.

Las fuentes de energía renovable más empleadas de energías renovables son la energía eólica, la energía solar fotovoltaica, la energía solar térmica e incluso la energía geotérmica.

Método de la arquitectura bioclimática

La arquitectura bioclimática se basa en tres ejes:

  • Capturar la radiación solar y aprovecharla para actividades domésticas.
  • Transmitir la energía solar y protegerla.
  • Guardar la energía o evacuarla según las necesidades.

Estos requisitos son esenciales, especialmente en regiones más cálidas (como las mediterráneas), ya que la captura y conservación de energía en invierno parece contradecir la protección y evacuación en verano. Resolver esta aparente contradicción es la base de un diseño bioclimático bien entendido.

Capturar y protegerse del calor

Las grandes áreas de vidrio a menudo son útiles en zonas templadas.

La Revegetación es una técnica para limitar la ganancia solar en verano y reducir las pérdidas térmicas en invierno.

La Tierra está inclinada sobre su eje con respecto al plano de la eclíptica en un ángulo de 23 ° 27'. La altura del sol en el horizonte y el camino que recorre en el cielo varían durante las estaciones.

En el hemisferio norte, en la latitud de Europa (alrededor de 45 ° en promedio), en invierno, el sol sale en el sureste y se encuentra al suroeste, manteniéndose muy bajo en el horizonte (22). ° en el solsticio de invierno). Sólo la fachada sur de un edificio recibe la luz solar adecuadamente. Para capturar esta energía solar, es apropiado colocar las principales aberturas acristaladas hacia el sur.

El vidrio deja pasar la luz, pero absorbe el infrarrojo re-emitido por las paredes interiores que reciben esta radiación solar, lo que se llama el efecto invernadero. La radiación solar se convierte en calor por las superficies opacas del edificio (paredes, techos y suelos). Es sobre este principio que se concibe un edificio solar pasivo: solar, porque la fuente de energía es el sol, pasiva, porque el sistema funciona solo, sin sistema mecánico.

Aún en el hemisferio norte, en verano, el sol sale en el noreste, se encuentra al noroeste y está alto en el horizonte al mediodía (78 ° en el solsticio de verano). Las fachadas de un edificio irradiado por el Sol se encuentran principalmente los muros este y oeste, así como el techo. El ángulo de incidencia de sus rayos en las superficies de vidrio orientadas al sur es alto. Es aconsejable proteger estas superficies acristaladas mediante protecciones solares, dimensionadas para bloquear la radiación solar directa en verano y dejar la máxima luz solar disponible en invierno.

En las aberturas de las fachadas este y oeste, la protección solar horizontal tiene una eficacia limitada, porque los rayos solares tienen una incidencia menor; Los protectores solares opacos (contraventanas), e incluso más vegetación decidua, son efectivos en estas fachadas. La vegetación persistente también es eficaz para proteger los vientos fríos, siempre y cuando no se oponga al sol de invierno.

En el hemisferio norte, en latitud europea, una construcción bioclimática se caracteriza por:

  • Grandes aberturas en el sur, perfectamente protegidas del sol de verano.
  • Muy pocas aberturas al norte
  • Pocas aberturas hacia el este, excepto para cuartos de uso temprano, como cocinas: sol de la mañana.
  • Algunas aberturas hacia el oeste, especialmente para las habitaciones, para protegerse del sol poniente en el verano.

En un enfoque bioclimático, estas generalidades deben adaptarse naturalmente según el entorno (clima, medio ambiente, ...) y el ritmo de vida de los usuarios del edificio.

Transformar / difundir el calor

Una vez que se capta la luz solar, un edificio bioclimático debe saber cómo convertirlo en energía térmica y distribuirla donde sea útil.

La transformación de la radiación sonar en calor se realiza a través de un cierto número de principios, para no deteriorar el confort interior:

  • Mantener un adecuado equilibrio térmico.
  • No degradar la calidad luminosa.
  • Permite la difusión térmica por el sistema de ventilación y la conductividad térmica de las paredes.

En una construcción, el calor tiende a acumularse hacia arriba de los locales por convección y estratificación térmica. La conversión al calor de la luz se debe hacer principalmente a nivel del suelo. Además, la absorción de luz por una pared la hace oscura y limita su capacidad para difundir esta luz. Esta absorción no debe evitar la dispersión de la luz en las áreas menos iluminadas, y no debe generar contrastes ni reflejos.

Por lo tanto, es importante favorecer techos muy claros para difundir la luz en las habitaciones sin deslumbramiento, oscurecer los pisos para favorecer la captura de energía en este nivel y usar tonos variables en las paredes según la prioridad que se dé a la difusión de la luz o a la captura de energía solar, y según la necesidad de calor o frescura del local en cuestión.

Las tonalidades que más probablemente convierten la luz en calor y absorción son oscuras (idealmente negras) y más bien azules, las que son más capaces de reflejar la luz y el calor son claras (idealmente blancas) y bastante rojas. Así, uno puede, mediante un simple juego de colores, dirigir la luz y luego el calor hacia las zonas que lo requieren. Los materiales mate con una superficie granular (en particular los materiales naturales) también son mejores para capturar la luz y convertirla en calor que las superficies lisas y brillantes (efecto espejo, aspecto metálico o lacado, etc.).

También se puede lograr una buena difusión del calor (o frescura) mediante métodos de ventilación adecuados.

Bajo un clima templado, una construcción bioclimática diseñada óptimamente desde un punto de vista térmico requiere pocos o ningún sistema de calefacción o aire acondicionado, para mantener una temperatura interior de entre 20°C en invierno y 25°C en verano, día y noche.

Mantener el calor / frescura

En invierno, una vez capturada y transformada, la energía solar debe conservarse dentro del edificio para que pueda utilizarse de manera oportuna. En verano, es la frescura nocturna (que se detecta fácilmente con una buena ventilación) que debe almacenarse de manera duradera para limitar el sobrecalentamiento durante el día.

El método más simple es almacenar esta energía en materiales de construcción pesados, siempre que sean accesibles y, por lo tanto, no estén cubiertos con aislamiento térmico, de ahí la importancia del aislamiento. Desde el exterior, o posiblemente el aislamiento distribuido.

El almacenamiento de energía en los materiales y el período de retorno utiliza su calor específico, su volumen total, pero también otras características físicas para determinar su rendimiento energético. Ciertas técnicas permiten mejorar dinámicamente el período de retorno.

Valorando el medio ambiente

El medio ambiente (cerros, bosques, ...), así como la vegetación plantada alrededor de la construcción también tienen un papel protector: como cortavientos, optaremos por las maderas blandas en el norte y las maderas duras en el sur; Protegen de la radiación solar en verano, pero dejan pasar la luz en invierno. Un punto de agua en frente del edificio, al sur, también proporcionará una actualización de uno o dos grados en verano.

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Última revisión: 5 de febrero de 2019