Definición y finalidad
La arquitectura bioclimática, también denominada como sostenible o ecológica, es aquella que surge a partir de realizar el diseño de los edificios teniendo en cuenta las condiciones climáticas del entorno. Los objetivos principales a conseguir son:
- Minimizar el impacto ambiental mediante la integración paisajística y el uso de materiales autóctonos propios de la tradición vernácula del lugar.
- Alta eficiencia energética y reducción del consumo energético tanto por el propio sistema constructivo como por el uso de fuentes de energías renovables.
Como vemos, realmente no nos estamos refiriendo a un concepto ni actual ni nuevo ya que, históricamente, la arquitectura popular ha ido resolviendo el trinomio entre adaptación al clima, satisfacción de necesidades humanas y construcción sostenible. Un buen ejemplo de ello, conocido en nuestro país, serían los molinos de viento de La Mancha. Situados en zonas agrícolas expuestas a fuertes vientos para el aprovechamiento de la energía eólica, su función estaba completamente ligada a la molienda del grano de los campos de cereal aledaños. Sus muros, de gran espesor y por tanto de gran inercia térmica, minimizaban el intercambio de calor entre interior y exterior, a la par que eran ejecutados con piedra caliza de la zona. La forma cilíndrica reducía la superficie expuesta al viento y al sol y, el encalado como revestimiento, permitía reducir más el impacto de la radiación solar, bastante elevada en las zonas donde se construían. Dónde Don Quijote veía gigantes contra los que luchar, hoy vemos un modelo de buen diseño sostenible que respetar, conservar e imitar.
¿Cómo se reduce el impacto en el medio ambiente y el consumo energético?
Ambas respuestas están íntimamente ligadas porque reducir el impacto en la naturaleza implica generar menos gasto y viceversa. Un parámetro que nos permitiría limitar ambos sería minimizar la huella de carbono, que se define como los gases de efecto invernadero que posee una construcción en su ciclo de vida, en otras palabras, cómo contamina desde la fase de obtención de sus materias primas y transporte de las mismas, pasando por los residuos que se generan durante su construcción así como los recursos que se consumen durante dicho proceso y posteriormente en la fase de utilización, hasta llegar a su final de uso donde se tendrán en cuenta los residuos generados, penalizando aquellos que no puedan ser tratados o reutilizados. A día de hoy, el cálculo de la huella de carbono no es una obligación normativa, aunque si queremos obtener alguna certificación de ciertos sellos oficiales como LEED o BREEAM, forma parte de sus requisitos y debe considerarse desde la fase de diseño. No obstante, el Código Técnico de la Edificación (CTE) sí que recoge otras medidas como la generación de agua caliente sanitaria con fuentes renovables o la limitación de las emisiones de manera cada vez más exigente, con el objetivo de que las nuevas edificaciones cada vez se encuentren más cerca del consumo nulo.
El usuario de una vivienda bioclimática debe además adaptarse al funcionamiento de la misma igual que la vivienda se mimetiza con el entorno. En España, el sol del atardecer incide de manera muy horizontal. Si se tuviera en cuenta este hecho, se dispondría de sistemas de protección solar que pudieran ser regulables por el usuario para evitar ganancias térmicas indeseadas en verano e impedir posibles molestias para el desarrollo de su actividad en el interior por deslumbramientos visuales. Es fundamental determinar el régimen de uso, es decir, si se va a utilizar como habitual o como segunda residencia. Por poner un ejemplo, en el primer caso, usaríamos elementos de gran inercia térmica y calentamiento lento como podría ser la piedra, mientras que, en el segundo supuesto, optaríamos por otros de calentamiento más rápido como la madera. En cualquier caso, será necesario el empleo de materiales de la zona o relativamente cercanos, con etiquetas y sellos ambientales que acrediten la trazabilidad del producto, que no es más que el control de la localización de un producto en cualquier punto de la cadena de suministro, conociendo los componentes de fabricación y sus vínculos.
En la misma línea, según la utilización final de la construcción, nos decantaremos por unos sistemas de aprovechamiento u otros. Éstos pueden ser activos, que producen energía o pasivos, que forman parte del propio edificio y permiten aprovechar de manera más eficiente la energía recibida. En los siguientes apartados, desglosaremos algunas estrategias de ambos tipos que consideramos aplicables y esenciales para el ámbito residencial.
Sistemas pasivos de aprovechamiento energético
Como hemos indicado, se trata de aquellos que son parte constituyente de la edificación, que permiten obtener condiciones de confort térmico sin suponer un sobrecoste económico adicional a la construcción. Principalmente están relacionados con la captación solar en invierno y con la ventilación y reducción del sobrecalentamiento en verano: vamos a intentar dar unas pinceladas generales de las estrategias en el ámbito residencial de nuestro clima y en entradas futuras iremos profundizando en algunas de ellas. Destacamos:
- Factor forma. Es la relación entre la superficie de la envolvente y el volumen que alberga, siendo una de las primeras tomas de contacto con el diseño bioclimático. A mayor superficie se dispone de más capacidad de intercambiar calor y a mayor volumen, más capacidad de almacenarlo. Por eso, mientras que para climas fríos se recomienda primar el volumen frente a la envolvente, para climas templados y cálidos, se emplearían formas alargadas en el eje este-oeste para optimizar el comportamiento en cualquier estación.
- Inercia térmica. Es la propiedad de los materiales para almacenar calor y variar su temperatura en un tiempo determinado. A mayor masa, mayor inercia térmica. Necesitaremos grandes espesores de elementos de baja capacidad calorífica y pequeños espesores de los que tienen alta capacidad calorífica. Como dijimos anteriormente, no siempre nos puede interesar una inercia térmica alta ya que, para segundas residencias de fin de semana, tardaríamos mucho en calentarla y no conseguiríamos a tiempo un buen equilibrio térmico.
- Enterramiento parcial. Las excavaciones deben reducirse al mínimo para minimizar el impacto sobre el lugar. No obstante, siempre se va a tener que mover el terreno para llegar al firme y asegurar la estabilidad estructural. Por ello, aprovechar los movimientos de tierras para generar espacios parcialmente soterrados, nos permitiría aumentar la inercia térmica con las ventajas ya explicadas.
- Aislamiento térmico. Son materiales de baja conductividad térmica por lo que funcionan mejor al exterior que al interior al aumentar de esa manera la inercia térmica. Un espesor adecuado nos favorecerá tanto en condiciones de invierno como de verano al mantener el calor en el interior y evitar un sobrecalentamiento respectivamente. Un exceso de aislamiento, puede conllevar un peor comportamiento del edificio al penalizar las condiciones de verano o invierno según la zona climática.
- Puentes térmicos. Un concepto asociado a los anteriores. Son zonas puntuales o lineales de la envolvente donde, debido a una variación de la resistencia térmica del cerramiento, se producen intercambios de calor no deseados. Una vivienda eficiente, tiene que limitar sus puentes térmicos. Entre las estrategias a tener en cuenta estaría intentar garantizar la continuidad del aislamiento térmico en frentes de forjado, marcos de carpinterías… El uso del aislamiento por el exterior es una estrategia muy recomendable, sobre todo en rehabilitación.
- Tratamiento de fachadas según su orientación. Las fachadas al norte no reciben radiación solar directa, de modo que se recomienda reducir el porcentaje de huecos y distribuir hacia la misma los cuartos húmedos y estancias donde no vaya a haber una ocupación prolongada. En las fachadas al este se reciben los primeros rayos de sol del día, así que distribuiremos cocinas y estancias con uso matutino, incorporando dispositivos de protección solar de lamas verticales en los huecos, de los cuales tampoco debemos abusar. En la fachada sur, que es la que recibe mayor radiación solar, agruparemos las piezas donde se pase mayor tiempo, como salones o dormitorios. En este caso, los huecos los protegeremos con toldos, aleros y voladizos debido a la inclinación de los rayos solares y será la fachada con mayor porcentaje de superficie acristalada. Por último, la fachada oeste recibe los últimos rayos del sol del día y será apropiada para estancias de ocio y el tratamiento de los huecos será similar a la fachada este.
- Acristalamientos. En cuanto a los huecos, nos interesarán carpinterías con buen aislamiento térmico. Hay soluciones muy eficientes en el mercado tanto en madera, aluminio como PVC. Los vidrios serán siempre dobles bajos emisivos, que tienen mayor capacidad de aislamiento térmico. En fachadas este y oeste, se recomienda usar aquellos con un factor solar más bajo, que llevan un tratamiento que reduce la cantidad de radiación que atraviesa el cristal. El motivo es que es muy difícil controlar la radiación cuando el sol está más bajo, durante el amanecer en el este y durante el atardecer en el oeste. En el sur no es necesario ya que es más fácil el control mediante voladizos, toldos…
- Sistemas de protección solar de los huecos. Cualquiera de nosotros está familiarizado con ellos. Pueden ser exclusivamente para protección solar como parasoles, lamas… o para además de ello, reducir la transmisión de calor al interior como persianas, contraventanas…
- Muro Trombe. Se trata de un sistema que se emplea en las fachadas más expuestas al sol. Se compone principalmente de un muro de gran inercia térmica, opaco y pintado en tonalidad oscura, separado mediante una cámara de aire de un cerramiento de vidrio de gran espesor. Gracias a unos orificios y unas compuertas, permite generar calor en los meses fríos y refrigeración por ventilación en los meses cálidos, según se mantenga la cámara de aire cerrada o abierta. En nuestro proyecto de Casa Eco en Eurovillas, se puede apreciar su presencia en la fachada sur y otros tratamientos particularizados para cada orientación.
- Invernadero. La idea es parecida al sistema anterior, pero con aprovechamiento del espacio para ser usado por el usuario.
- Cubierta ecológica. Dado que la cubierta es elemento más expuesto a la radiación solar, se convierte en uno de los puntos clave. Las cubiertas ecológicas son una variante de las ajardinadas, donde la capa de sustrato es muy reducida para minimizar las cargas y las plantas se eligen en función de la zona para que el mantenimiento sea casi nulo. En caso de cubierta plana, se puede incorporar un aljibe para almacenar agua de cara a su uso para riego. En condiciones de verano nos permitiría evitar el sobrecalentamiento y en invierno, aprovechar su mayor inercia térmica para reducir las pérdidas de calor.
- Enfriamiento con láminas de agua. Disponer de superficies de acumulación de agua próximas al edificio tales como eco-piscinas o lagunas de fitodepuración, nos permiten refrescar el ambiente por evaporación de las mismas e incluso reutilizar el agua en el caso de las últimas para riego o limpieza. Los árabes ya empleaban estas técnicas en sus patios y tenemos un buen ejemplo de ellos en La Alhambra de Granada.
- Chimenea solar. Es una chimenea pintada de negro o con un vidrio oscuro si se quiere utilizar como lucernario. El objetivo es captar la mayor radiación solar posible de modo que el aire se caliente y, al ser menos denso, suba generando así un flujo constante de aire para provocar la ventilación natural del edificio, que para ser más eficaz debería ser cruzada y barrer la mayor parte posible del espacio.
- Ventilación mecánica con recuperación de calor. La normativa obliga a que las viviendas ventilen por sí mismas ya sea de manera híbrida o mecánica sin tener en cuenta la apertura de ventanas que realice el usuario. En una casa bioclimática es muy importante contar con una ventilación mecánica de doble flujo con recuperación de calor, es decir, contar con un ventilador que extraiga el aire viciado de los locales húmedos e impulse aire limpio del exterior. Aunque se pudiera pensar que es contraproducente sacar aire climatizado y meter aire no acondicionado, el hecho de contar con un recuperador de calor, permite que el aire que sale, entre en contacto con unas placas que se enfrían o calientan según sea verano o invierno respectivamente. Del mismo modo, el aire de fuera, también entra en contacto con esas placas (sin cruzarse con el aire viciado) y baja su temperatura o la sube para entrar en unas condiciones próximas al confort interior, reduciendo el gasto para aclimatar el interior tanto en régimen de calefacción como de refrigeración.
- Uso de vegetación. Puede servir como un sistema de protección solar. El uso de vegetación caduca en las inmediaciones o en la propia fachada, nos permite reducir el sobrecalentamiento en verano al evitar la radiación directa sobre el paramento mientras que en invierno, al perder la hoja dejaría pasar los rayos del sol para que la fachada puede almacenarlo. En ocasiones se usa hoja perenne debido a que mucha masa en la fachada, aumentaría la inercia térmica del muro pero el equilibrio entre invierno y verano es algo a estudiar con más detenimiento.
Sistemas activos de aprovechamiento energético
Son los que permiten generar energía a partir de los recursos de la naturaleza sin comprometerlos. Estaríamos hablando principalmente de fuentes renovables, que no utilizan combustibles fósiles. Vamos a desglosar las que suelen ser habituales en viviendas, entre las que se encuentran:
- Solar fotovoltaica. Permite producir electricidad gracias a la radiación solar que incide sobre paneles con células fotovoltaicas que suelen ubicarse en la cubierta del edificio para optimizar el rendimiento. Para instalaciones de autoconsumo por debajo de 10 KW de potencia instalada, no le afecta el conocido “impuesto al sol”. La amortización podría establecerse en torno a 5-7 años y la vida útil alrededor de 25 años.
- Solar térmica. Aquella que produce calor como consecuencia de la radiación que incide sobre paneles con células fotovoltaicas, que como en el caso anterior, también suelen ir en cubierta. Ese calor, suele utilizarse para la generación de agua caliente sanitaria (ACS) que se acumula en depósitos de hasta 500 litros y también para el sistema de calefacción. El Código Técnico de la Edificación, obliga a que, según la zona climática, tengamos que aportar un porcentaje mínimo de producción de ACS mediante paneles térmicos, si bien, en su última revisión, permite la obtención de la misma con cualquier otro sistema renovable que sea igual o más eficiente. El periodo de amortización oscila en torno a los 4-5 años y la vida útil se estima en unos 25 años.
- Biomasa. Genera calor a partir de materiales de diverso origen (forestal, agrícola, ganadero…) siendo el pellet, serrín de madera comprimido de manera natural, el principal combustible empleado. Podríamos decir que es la fuente energética más antigua usada por el ser humano. Aunque se produce combustión de materia orgánica y liberación de partículas al aire, procede de manera indirecta del Sol porque la misma almacena una parte de la energía solar que llega a la Tierra. Utilizada principalmente para generación de agua caliente sanitaria y calefacción con radiadores de alta temperatura, los convencionales. Su amortización podría estimarse entre 3-5 años y su vida útil cercana a 20 años.
- Aerotermia. Permite producir calor o frío utilizando la energía que se encuentra en el aire independientemente de la temperatura exterior gracias al uso de bombas de calor de altos rendimientos que consumen únicamente una cuarta parte de lo que generan. Empleada principalmente para sistemas de climatización de baja temperatura como suelo radiante. Si bien es cierto que había polémica en torno a su consideración como renovable, a raíz de la modificación del CTE en 2020, queda recogida como tal y algunos municipios reticentes a su uso, como era el caso de la ciudad de Madrid, han establecido pautas para validar su utilización como alternativa a los paneles solares térmicos. La amortización de la instalación es también motivo de controversia, encontrándose un rango variable de 5-15 años y la vida útil sobre 15 años.
- Geotermia. Produce calor por debajo de la superficie de la tierra debido a diferencias de temperatura entre el interior de la misma y su superficie ya que, aunque la temperatura del subsuelo se mantiene estable en 15ºC entre 5-10 metros, a partir de ahí aumenta 3ºC por cada 100 metros. Este hecho es una ventaja al ser las condiciones para su aprovechamiento siempre constantes y no dependen de factores meteorológicos. Un sistema de tuberías transporta un fluido que absorbe calor y lo intercambia con otro fluido más frío en una bomba de calor geotérmica, permitiendo la generación de ACS y calefacción. Dicha bomba, consumiría alrededor de una sexta parte de lo generado. Menos empleada que las anteriores por su mayor inversión inicial, su amortización podría establecerse en 5-7 años aunque su vida útil es superior a los 25 años, llegando en algunos casos a duplicarse.
Ventajas de las viviendas unifamiliares bioclimáticas
Para terminar, a modo de resumen vamos a reflejar sus beneficios:
- Mayor respeto por el medio ambiente y el paisaje que la rodea.
- Menos contaminante gracias al uso de energía limpia procedente de fuentes renovables.
- Mejor confort interior con menor gasto pudiendo llegar al consumo nulo en el caso de passivhaus.
- Gran ahorro a medio y largo plazo en las facturas de suministros, pero siendo conscientes de que el uso de ciertas técnicas que hemos indicado, puede suponer un incremento del precio de construcción del 10% respecto de una vivienda estándar, cuya estimación de costes la detallamos en el artículo Guía Autopromotor. ¿Cuánto cuesta construir una casa?
- Mayor bienestar físico y emocional generado por estímulos positivos a nivel higrotérmico, luminoso y ambiental. Está comprobado que una ventilación adecuada de los espacios contribuye a una mejora del estado de ánimo, concentración y productividad.
- Mayor compromiso social. Citando al Informe Brundtland de 1987: “El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas."
Esperamos haber aportado nuestro granito de arena para contribuir a expandir el interés sobre la arquitectura bioclimática, en cuyo caso, recomendamos la lectura del libro “Arquitectura Bioclimática en un Entorno Sostenible” de F. Javier Neila González, el cual nos ha servido de apoyo para esta entrada y formaba parte del Máster de Medio Ambiente y Arquitectura Bioclimática de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid que nos ha permitido especializarnos en este campo. Si está interesado en iniciar esta aventura de construcción sostenible, le animamos a contactar con nosotros para emprender juntos el camino de construir la casa de sus sueños respetando el medio ambiente. Facilitamos presupuesto de honorarios y estimación de costes total sin ningún compromiso..
Carrillongo Arquitectos.
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