Hoy intentaremos explicar cómo la elección de una óptima orientación a la hora de construir un edificio puede ser una decisión fundamental para lograr disminuir el consumo de energía y tener una planificación de eficiencia energética a largo plazo. También desarrollaremos por qué la forma y la compacidad de nuestro proyecto influirán notablemente en su comportamiento energético.
Antes de comenzar a explicar estos dos importantes criterios pasivos, nos gustaría señalar que muchas de las variables que estamos analizando, y que forman parte de muchos de los estándares de construcción pasiva establecidos en toda Europa, tienen sus precedentes en las arquitecturas vernáculas que nos rodean. Muchos de los aspectos tradicionales que condicionaron gran parte de la arquitectura popular son todavía aplicables a los proyectos contemporáneos. Se pueden extraer gran cantidad de enseñanzas, pasadas y presentes, de lugares donde la gente siempre ha intentado vivir en armonía con su clima. Cualquier proyecto que afrontamos en Fáctica ha de tener en cuenta a las tradiciones, opiniones y arquitecturas de las personas que habitan en el lugar.
ARQUITECTURA VERNÁCULA; Vivienda tradicional en la Huerta de Murcia
La posición y la dirección del sol y del viento varían diaria, estacional y geográficamente. Como vimos en el artículo anterior relacionado con los criterios pasivos relativos al emplazamiento, conocer y parametrizar ambas fuerzas ayuda al proyectista a tomar decisiones en la fase inicial del proyecto. Con datos precisos de soleamiento y vientos predominantes, podremos manipular la orientación y forma de un edificio, la ubicación de sus espacios, o la posición, tamaño y diseño de los huecos para poder aprovechar las ganancias o pérdidas térmicas que nos ofrece la radiación solar, o la ventilación generada por los vientos del lugar.
La orientación elegida o impuesta para un edificio afecta a la demanda energética del mismo a través del impacto de la radiación solar y del viento sobre la envolvente térmica. Cada elemento constructivo sobre rasante recibe una cantidad de radiación solar que depende de varios factores, como son las sombras generadas por elementos colindantes, la absortividad y la emisividad de la superficie de la envolvente y, sobre todo, la orientación del edificio.
Sin tomar en consideración el efecto del viento, podemos afirmar que en localizaciones en el hemisferio norte la mejor orientación solar para un edificio es la sur. Mediante una decisión en el proyecto en la que la mayor parte de la superficie de la envolvente se oriente al sur, se pueden maximizar las ganancias solares en invierno, estación en la que se precisa energía solar para calentar el edificio de forma pasiva. Por otro lado, el ángulo de incidencia de los rayos solares en verano permite que mediante sencillas estrategias de protección solar, se proteja a la envolvente de la radiación directa. Por lo tanto, siempre que sea posible se deberá orientar la fachada principal del edificio hacia el sur, o al menos en una franja angular de 30º con respecto a este punto cardinal. Sin embargo, en las orientaciones este y oeste, la radiación solar posee un ángulo de incidencia, lo que puede provocar un sobrecalentamiento excesivo sobre todo en épocas estivales.
ORIENTACIÓN; Casa Herbert Jacobs II (Hemiciclo Solar); Frank Lloyd Wright.
La importancia de la orientación se refleja en la distribución heterogénea aconsejada para la distribución de los huecos en la fachada de un edificio. Un edificio a sur suele tener más huecos orientados hacia ese punto cardinal que hacia el resto. Los huecos a norte tienen un balance energético más negativo porque reciben poca radiación solar, y las pérdidas energéticas por transmisión térmica son más elevadas respecto a los elementos opacos. Por lo tanto, y como mencionamos anteriormente, una planta rectangular alargada, con el lado más largo orientado a sur, es la forma teórica ideal para un edificio pasivo. En las orientaciones este y oeste los huecos deberían ser de tamaño reducido ya que reciben mucha radiación solar en verano y poca en invierno. La normativa que regula la construcción de edificios en España (CTE) limita el porcentaje máximo de superficie de fachada que pueden ocupar los huecos en función a la orientación y la zona climática. En climas mediterráneos unos porcentajes de huecos como los que mostramos a continuación podrían ser considerados como valores aproximados bastante aceptables: Norte (15%), Sur (75%); Este(10%) y Oeste (5%).
ORIENTACIÓN; Casa patio en La Peraleja: óptima orientación + porcentajes de huecos heterogéneos + mecanismos de protección solar
Aunque las ganancias solares son mayores a través de las ventanas, no puede despreciarse la radiación solar sobre los elementos opacos. En los climas cálidos es importante calcular los flujos energéticos debidos a la radiación sobre elementos opacos, ya que, principalmente en verano, pueden tener un fuerte impacto en los balances energéticos totales del edificio. Por otro lado, los edificios en zonas urbanas con una densidad edificatoria elevada y con grandes superficies que arrojan sombras son menos sensibles a los cambios de orientación que aquellos situados en zonas de menos densidad.
Además de las consideraciones acerca de la orientación global del edificio, también deberemos tener en cuenta algunas recomendaciones a la hora de zonificar las distintas estancias del proyecto. Es recomendable planificar un edificio de modo que las estancias que requieren poca o ninguna calefacción o que se usen ocasionalmente, como por ejemplo los almacenes o cuartos de baño, y las que generan su propio calor, como cocinas o espacio de oficinas, se sitúen en la orientación norte, con el objetivo de que actúen como espacios amortiguadores para las estancias de estar y de mayor ocupación. Las estancias donde se desarrolla mayoritariamente la vida diaria, deberían orientarse al sur. Como estamos señalando a lo largo del artículo, estos criterios expuestos y desarrollados a lo largo de este artículo tienen la condición de directrices generales de diseño, los cuales deberán ser consideradas en relación a otros criterios arquitectónicos relativos al espacio, la construcción o los condicionantes urbanísticos. No deberemos caer en el error de dar respuestas unidireccionales ante un fenómeno tan complejo y multiescalar como el espacio arquitectónico.
ORIENTACIÓN; El sur como orientación ideal
Estas recomendaciones generales acerca de la orientación ideal para un edificio diseñado según estrategias convencionales de arquitectura pasiva pueden ser interpretadas o modificadas por el efecto de tecnologías estratégicas, como por ejemplo, los nuevos modelos de ventana existentes en el mercado. Sistemas actuales con triples vidrios, relleno de cámaras con gases nobles, vidrios de baja emisividad o carpinterías con roturas de puentes térmicos son sistemas utilizados con los que se consiguen con unas transmitancias térmicas muy bajas en comparación con las ventanas convencionales. La colocación de estas ventanas con pérdidas energéticas muy reducidas permite relativizar la consideración anteriormente desarrollada de orientar al sur un edificio pasivo, incluso se podrían plantear proyectos con grandes ventanas a norte y que cumplan los requisitos de una casa pasiva.
Estas estrategias pasivas relativas a la orientación del edificio y a las pérdidas y ganancias energéticas a través de la envolvente no pueden cuantificarse a priori. En Fáctica recurrimos a programas de cálculo con los que visualizar el comportamientode la envolvente en relación al diseño adoptado con el objetivo de controlar la demanda energética en la fase de proyecto.
Es arriesgado generalizar la pauta de la óptima orientación a sur basada en la radiación solar. Las corrientes de aire, por ejemplo, tienen una lógica diferente y dependen de efectos climáticos mucho más complejos. En climas tropicales y subtropicales, muchas veces se busca una orientación capaz de captar las corrientes de aire de los vientos dominantes y disipar así el calor acumulado en el interior. Todos conocemos la importancia que tienen en nuestro clima mediterráneo los efectos de los vientos de levante y lebeche. Sin embargo, en climas con inviernos fríos, las arquitecturas tradicionales han encontrado soluciones para protegerse de los vientos invernales. Por ello, y como comentamos al inicio de este artículo, el diseño pasivo debería investigar estos fenómenos locales y valorar si es mejor priorizar el impacto del viento sobre las orientaciones que optimizan la exposición a la radiación solar.
LA FORMA DEBE SEGUIR AL MEDIO AMBIENTE; Tverrfjellhytta, Snøhetta
El arquitecto noruego Kjetil Trædal Thorsen, cofundador del estudio de arquitectura Snøhetta, afirmó en el pasado IV Congreso de la Fundación Arquitectura y Sociedad, que “si antes decíamos que la forma sigue a la función, ahora debíamos decir que la forma debe seguir al medioambiente”. Este cambio de paradigma nos introduce nuevos procesos de diseño arquitectónico en los que el factor de forma de cualquier propuesta deberá ser una variable constantemente presente en la toma de decisiones proyectuales.
La compacidad de un edificio se define como el cociente entre la superficie de la envolvente exterior y el volumen que encierra. Algunos valores comunes en función a tipologías edificatorias serían: a) edificios de gran tamaño (hospitales o grandes edificios administrativos) tienden a ser más compactos: 0,2 y 0,5. b) bloque de viviendas; se procura que las estancias tengan ventilación e iluminación naturales: valores de compacidad entre 0,3 y 0,6. c): vivienda unifamiliar aislada; compacidad más baja, con valores entre 0,6 y 1.
COMPACIDAD; Compacidades variables con el mismo volumen interior
En climas moderadamente fríos, los edificios muy compactos tienen menores demandas energéticas, debido a que tienen una envolvente menor respecto a un edificio con el mismo volumen y mayor envolvente, por lo tanto, las pérdidas son también menores. En climas cálidos, con mucha radiación solar, un edificio menos compacto podría generar más sombra propia, de modo que el criterio mencionado anteriormente no resulta tan claro, ya que este caso se reduciría la demanda energética en verano. Se ha comprobado además, que en edificios con mala orientación que reciben mucha radiación solar, una alta compacidad puede llegar a ser un inconveniente.
Al igual que en el caso de la orientación, es necesario tener en cuenta los efectos de la tecnología sobre la compacidad. A pesar de lo que hemos expuesto anteriormente, existen muchos edificios con certificación Passive House con escasa compacidad, debido sobre todo a la aplicación de medidas compensatorias como, por ejemplo, la reducción del tamaño de las aberturas a norte, o el aumento del aislamiento térmico en la envolvente del edificio.
Finalmente cabe recordar que los criterios acerca de la compacidad en un proyecto no deben convertirse en imperativos que perjudiquen tanto la calidad arquitectónica como el impacto paisajístico en su entorno urbano próximo. Cualquier argumento energético es únicamente uno de los distintos condicionantes con los que debemos trabajar los arquitectos para intentar conseguir una arquitectura de calidad.
Los proyectos que desarrollamos en Fáctica persiguen constantemente una estética sostenible que perdure a lo largo del tiempo, ya que estamos convencidos de que será el tiempo el que verdaderamente demuestre si un edificio es sostenible. Como han podido ver, creemos que a través de nuestro trabajo con conceptos sostenibles como los mostrados hoy, garantizarán que nuestros edificios tengan un eficiente comportamiento energético y sostenible en el futuro.