Arquitectura Bioclimática: Construyendo un Futuro Más Sostenible

Los conceptos básicos de la arquitectura bioclimática incluyen la integración paisajística, la selección y el uso de materiales locales, sostenibles y saludables, la gestión óptima de la energía y de los recursos naturales, el confort térmico, acústico y lumínico, y la integración de energías renovables y su aprovechamiento.

Principios fundamentales de la arquitectura bioclimática

La aplicación de los principios bioclimáticos en la arquitectura no es algo reciente. Existen pruebas y testimonios de ello desde el origen de la arquitectura. Sin embargo, el concepto de arquitectura bioclimática como disciplina se dio a conocer en 1963 con la publicación Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas, del arquitecto, urbanista y profesor universitario en Princeton, Víctor Olgyay. Fruto de sus investigaciones sobre la relación entre la arquitectura y la energía, en este libro, se promueve la adaptación climática de los edificios mediante la aplicación de un método general de análisis y diseño, para el aprovechamiento de todos los recursos naturales disponibles en el entorno y la promoción del confort interior de los usuarios. El método incluye el análisis de los factores climáticos del lugar y su influencia en términos fisiológicos, y en consecuencia la evaluación de la solución tecnológica más adecuada y su materialización.

Pero la arquitectura bioclimática, lejos de ser una disciplina puramente teórica, se fundamenta en una serie de principios teórico-prácticos, que hoy día se pueden evaluar y cuantificar de forma objetiva, mediante el uso programas informáticos avanzados de simulación y registros de datos climáticos, entre otros recursos.  

Con todo ello los principios fundamentales de la arquitectura bioclimática son:

• La integración en el entorno y la adaptación al clima, mediante el aprovechamiento de los recursos disponibles (agua, viento, radiación solar, precipitaciones, vegetación y topografía), para la reducción de la demanda energética del edificio, incluidas las energías renovables.
• La selección adecuada de los materiales y técnicas de construcción, teniendo en cuenta la huella ecológica en todo el ciclo de vida y su impacto en la salud de las personas.
• La promoción del el confort térmico, lumínico y acústico y el bienestar de los ocupantes.

Objetivos y estrategias de la arquitectura bioclimática

El clima de un lugar depende de determinados factores climáticos que caracterizan ese lugar. Entre ellos la latitud, la altitud sobre el nivel del mar, la orografía, la temperatura superficial del mar, el factor de continentalidad y el color, composición y estructura de la tierra. En consecuencia, todos estos factores climáticos determinan los elementos climáticos, como la temperatura del aire, la humedad, la radiación solar, el viento y la presión atmosférica. También dan lugar a fenómenos meteorológicos como la lluvia y la nieve, la niebla, la nubosidad o las tormentas en todas sus variantes.

De forma muy simplificada, se puede decir que en el planeta existen cuatro tipos de climas:

• Clima frío, debido a que la temperatura es baja todo o la mayor parte del año.
• Clima cálido-seco, ya que la humedad relativa es muy baja. Por otro lado, existe un gran contraste de temperatura entre el día y la noche.
• Clima cálido-húmedo, donde la humedad relativa es muy alta. La temperatura en cambio es estable todo el año, sin apenas variación y próxima a la temperatura de confort.
• Clima templado, con variaciones climáticas suaves pero opuestas conforme avanzan las estaciones, especialmente entre el verano y el invierno.

Teniendo en cuenta esta clasificación, las estrategias de la arquitectura bioclimática a aplicar en el diseño y construcción de edificios serán distintas en función del clima del lugar. Los objetivos en cambio serán los mismos: adaptación al medio y equilibrio, reducción del impacto ambiental,  bienestar y confort interior y ahorro del consumo energético.

De manera muy sintética, estas serán las estrategias que aplicar en función del clima:

Estrategias en clima frío

Se centran en reducir las necesidades energéticas para calefacción lo máximo posible y aprovechar la radiación solar como sistema pasivo de calefacción.

La envolvente térmica de los edificios es compacta, fuertemente aislada y estanca a las infiltraciones de aire, con predominio de los colores oscuros que absorben la radiación solar. Y con cubiertas inclinadas para evitar la acumulación de la nieve. Los cerramientos con elevada inercia térmica (además de elevado aislamiento térmico) pueden ser interesantes para aprovechar por la noche el calor acumulado durante el día, pero siempre que se combinen con la adecuada ventilación en verano para evitar posibles sobrecalentamientos. Los vientos predominantes se deben bloquear para evitar que la envolvente del edificio se enfríe. Por ejemplo, aprovechando masas de árboles existentes.

Las superficies acristaladas de ventanas y lucernarios en la orientación adecuada, además de permitir la iluminación natural, (de triple acristalamiento) se aprovechan para captar la radiación solar y calentar el interior de forma pasiva. Otra forma de captar calor puede ser mediante la construcción de un invernadero o con muros trombe. Por otro lado, se instalan protecciones móviles en los huecos que protejan de fuertes vientos cuando están cerradas, pero que permitan el paso de la radiación solar cuando está abiertas.

También se pueden plantear espacios de amortiguación. Es decir, orientar al sol sólo las estancias más vivideras (estancias cálidas) y no orientar al sol las estancias de uso ocasional (baños, aseos, almacenes o pasillos) y las que tienen su propia fuente de calor (cocinas y oficinas) para que actúen como espacio amortiguador.

Otros recursos interesantes para reducir las necesidades energéticas de calefacción asociadas a la ventilación de los edificios para la calidad del aire son la recuperación de calor del aire que se extrae en el sistema de ventilación y el uso de pozos canadienses para atemperar el aire exterior de admisión. En lo que respecta al aprovechamiento de las energías renovables, la bomba de calor de geotermia puede ser un recurso interesante junto al calentamiento de agua con paneles solares térmicos y su almacenamiento.

Estrategias en clima cálido-seco

La inercia térmica, la ventilación, la evaporación y la protección solar son las principales estrategias bioclimáticas en este clima.

Caracterizado por el contraste térmico entre el día y la noche, el objetivo consiste en retardar el calentamiento de los espacios interiores aprovechando la inercia térmica de los cerramientos y generando sombras durante el día. Luego por la noche, cuando cae la temperatura en el exterior, el calor acumulado se aprovecha para mantener una temperatura estable en el interior.

En las noches de verano, la refrigeración natural se consigue mediante ventilación cruzada y/o chimeneas de captación de viento. Esta ventilación nocturna se puede complementar con ventiladores de techo e incluso se puede plantear el uso de conductos enterrados de refrigeración como intercambiador geotérmico.

El agua también puede ser un recurso útil como sistema de refrigeración pasivo mediante la evaporación (enfriamiento evaporativo). Ya sea mediante una fuente o estanque en un patio, e incluso una lámina de agua en una cubierta.

La vegetación, los patios, las calles estrechas y la protección solar en huecos para crear sombras, los colores claros en la envolvente para reflejar la radiación solar o la adecuada orientación y tamaño de los huecos para captar brisas, crear corrientes de aire o evitar radiación y viento cálido, son estrategias adicionales que permiten la adaptación a la temperatura del lugar.

Estrategias en clima cálido-húmedo

En un clima que se caracteriza por el calor y la humedad, las estrategias bioclimáticas de adaptación se basan en la protección de la radiación solar directa y la ventilación constante y efectiva de día y de noche.

En estas regiones la envolvente térmica de los edificios tiene que ser ligera, aislada, sin inercia térmica y permeable al aire. Con predominio de colores claros que reflejan la radiación solar. La protección solar se consigue con porches, brise-soleils, grandes voladizos y vegetación, que permiten la generación de sombras para estabilizar la temperatura interior.

La orientación adecuada dependerá de la dirección del viento para su máximo aprovechamiento con el objetivo de disipar calor y reducir la humedad en los espacios interiores. En este sentido, la ventilación intensa generada por el viento se puede aprovechar mediante una cubierta doble que disipe el calor de la cámara en sombra, produciendo un efecto de refrigeración natural. El viento también se puede aprovechar para la generación de ventilación cruzada en el interior a través de grandes aberturas en la envolvente. En este caso, y para aumentar el efecto de la ventilación, las aberturas de salida serán más grandes que las de entrada.

Por otro lado, la elevación del edificio sobre el terreno al construirlo sobre pilotis, además de proteger frente a las inundaciones, favorece la refrigeración del suelo. Los ventiladores de techo como complemento a los sistemas de ventilación natural antes mencionados, también pueden ser una buena opción ya que son eficientes y consumen poca energía.

Estrategias en clima templado

En este clima caben estrategias válidas para climas cálidos y fríos, ya que los requisitos de adaptación a la temperatura cambiarán del verano hasta el invierno. El objetivo será reducir las necesidades energéticas de calefacción en invierno y de refrigeración en verano. Algunas de las estrategias permitirán la adaptación del edificio para ambas estaciones, en otros casos será necesario llegar a un equilibrio.

Los cerramientos de los edificios combinarán inercia térmica para mantener la temperatura interior estable, y aislamiento térmico. Además, serán estancos a las infiltraciones de aire y los huecos y entradas al edificio estarán protegidos del viento. Estos últimos a ser posible con vestíbulos cerrados. La cubierta verde bioclimática aportará aislamiento extra para reducir las necesidades energéticas. También será útil considerar en el diseño de la distribución de espacios interiores los espacios de amortiguación.

La masa térmica también ayudará en verano a prevenir el sobrecalentamiento, pero combinada con ventilación nocturna para disipar el calor acumulado durante el día. La orientación de los huecos permitirá la ventilación en verano y la captación solar en invierno para calefactar de forma pasiva el espacio interior. Y las protecciones solares móviles o la vegetación de hoja caduca permitirán bloquear la radiación solar en verano y su aprovechamiento en invierno.

En lo que respecta a la ventilación, se podrá plantear la construcción de conductos enterrados para atemperar el aire de admisión. Será interesante también la recuperación de calor del aire de extracción para reducir pérdidas energéticas asociadas a la ventilación. La ventilación cruzada ayudará a disipar el calor en verano.

La bomba de calor geotérmica o la captación solar para la producción de agua caliente sanitaria permitirá la integración de las energías renovables en el edificio.

Conclusiones

En un contexto de emergencia climática, la arquitectura bioclimática tiene aún más valor, en línea con los objetivos de neutralidad para 2050 que se promueven desde Europa. Porque los edificios y el sector de la construcción son responsables del 36% del consumo energético del planeta y de la producción del 40% de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Y en este aspecto, la arquitectura bioclimática tiene que mucho que aportar, contribuyendo a la construcción de un futuro más sostenible.

A lo largo de este artículo hemos comprobado que la arquitectura bioclimática tiene como objetivo la adaptación al clima empleando los recursos disponibles y al alcance, pero con criterios de sostenibilidad. Y no hay duda de que las ventajas de la arquitectura bioclimática son múltiples: reducción del consumo energético y por lo tanto reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, reducción de la contaminación, economía circular y mejora de la calidad de vida de los usuarios, gracias al confort y bienestar en el interior de los espacios diseñados teniendo en cuenta los recursos y elementos del diseño bioclimático: orientación y soleamiento, optimización de la iluminación, aislamiento térmico y acústico en cerramientos, inercia térmica, protección solar, sistemas de ventilación natural, muros trombe, vegetación y agua, etc..