Arquitectura Bioclimática: Optimización del Confort Térmico y Lumínico

Curso Solar

La Tierra es el tercer planeta del sistema solar y está cubierta en su gran mayoría por agua. La atmósfera está compuesta por nitrógeno y oxígeno, y su temperatura varía entre los -50°C y 50°C, con una media de 22°C.

Elementos de Geometría Solar

Movimientos terrestres:

• Traslación: la Tierra gira alrededor del Sol.
• Rotación: la Tierra gira en torno a su propio eje.

La órbita de la Tierra alrededor del Sol es elíptica, y su eje de rotación posee un ángulo de 23.45°, que causa las estaciones del año. El 21 de diciembre corresponde al solsticio de verano en el hemisferio sur, y el 21 de junio es el solsticio de invierno en este mismo hemisferio.

Bóveda Celeste

Esfera imaginaria ubicada sobre la posición de un edificio, con cada punto horario del sol marcado dentro de esta bóveda. Al marcar la trayectoria de todos estos puntos se obtiene un día. El desplazamiento total del sol en su inclinación va desde invierno a verano con un ángulo de 49.6°.

Ángulos de Altura Solar y Acimut

La altura solar se mide en un plano vertical desde un plano horizontal. El acimut se mide en el plano horizontal. Con ambos ángulos es posible definir en cada instante la posición del sol.

Control de Radiación Solar Directa en Ventanas

La orientación norte de las ventanas capta la radiación solar, lo que obliga a buscar maneras para impedir el calor (los aleros o salientes son especiales para provocar sombras).

Elementos Naturales y Sombra

El crecimiento de plantas en invierno y primavera impide el paso de radiación directa. Las hojas caducas permiten la entrada de radiación directa en otoño e invierno.

Dimensionamiento de Aleros para Orientación Norte

Un elemento horizontal evita la radiación directa. Pueden ser móviles.

Protectores Solares para Orientaciones Este y Oeste

No sirven los elementos horizontales, son mejores las celosías (entre las ventanas).

Flujo Térmico

Aspectos Térmicos en Diseño Bioclimático

Confort térmico: el cuerpo humano puede mantener su temperatura a 37°C. Este calor tiene dos orígenes: la temperatura del aire y la de los muros u objetos que le rodean. La temperatura de confort es de 20°C.

Factores que determinan el balance térmico entre el cuerpo y el medio ambiente:

• Físicos: temperatura del aire, temperatura de las superficies cercanas, humedad relativa, movimiento del aire en contacto con el cuerpo, resistencia térmica de la ropa.
• Fisiológicos: peso y altura del cuerpo, metabolismo o producción de calor del cuerpo.

Factores que permiten alcanzar el confort en una construcción:

• Características del lugar
• Clima local y estacional
• Estrategias de diseño
• Uso del edificio
• Comportamiento de los materiales y las estrategias en su aplicación

Comportamiento Térmico de los Materiales

Flujo de calor entre los objetos o espacios:

• Conducción: transmisión de energía a través de las moléculas de un sólido.
• Radiación: a través de ondas electromagnéticas.
• Convección: a través del calentamiento de fluidos.

Conductividad térmica: medición de la cantidad de energía que se produce a través de un material.

Transmitancia térmica: medición de todo el calor que es transferido a través de una sección de un material.

Resistencia térmica: medición de la oposición que ponen al traspaso de energía los componentes de un elemento de un edificio.

Aislación térmica:

• Ahorro de energía, mantiene el interior en confort.
• A nivel país, disminuye la necesidad energética de una vivienda, el gasto de petróleo y gas.
• Disminuyen los gastos de salud pública.

El Palacio de la Alhambra en Granada

• Ventanas de las torres: se enfrentan unas con otras y captan el viento desde donde vengan.
• Patio de los Leones: aquí se ven cuatro filtros: el patio y su vegetación, fuentes y acequias, el corredor sombreado, el pórtico y la torre de viento.
• Único clima no controlado: una ventana hacia el paisaje exterior. La luz se filtra del mismo modo y nos marca claramente sus límites.
• Generalife: patio de una vivienda, donde se recrea el paraíso, arquitectura de los sentidos: olor de las flores, ruido del agua, de los pájaros, la frescura de las sombras, chorros de las fuentes, texturas de las plantas, agua, muros y pisos.
• Laberintos, patio andaluz, calles delgadas (muy estrechas).

En el palacio y en una vivienda árabe, las habitaciones dan a los jardines, beneficiándose de las condiciones ambientales. La habitación principal está en una torre. El patio genera un microclima más bajo que el exterior, enfriamiento por evaporación por el agua y la vegetación.

3 elementos termofísicos:

1. Tiraje: ventanas cenitales que calientan la parte más alta y comienza el movimiento del aire natural.
2. Venturi: el viento cruza las ventanas superiores, movimiento de aire desde el inferior a la parte superior, 2 niveles de ventana: parte superior y parte inferior en los patios.
3. Entrada forzada de viento: a pesar de la alta temperatura exterior, el comportamiento térmico es mucho mejor en condiciones de viento. Mayor ventilación, temperatura más homogénea de aire. La forma de la torre favorece al efecto del tiraje provocando que la capa de aire se localice en la parte alta del espacio (ventilación cruzada). La forma del patio reduce la velocidad del aire. El pórtico permite que ambos microclimas estén estrictamente separados.

Iluminación Natural

La luz se comporta de 3 formas: se refleja, se transmite y se refracta. La luz nos orienta y nos ayuda a comprender los límites del espacio que inunda. La sombra nos permite el conocimiento de la realidad tridimensional. La luz en el paisaje natural: eclipse solar y lunar, aurora boreal, aurora austral, puesta de sol, arcoíris, luna llena.

Las Superficies de Acción de la Luz

• Reflexión: retorno de la radiación que incide en una superficie.
• Reflexión especular: cuando el material de superficie es muy liso, el ángulo de incidencia es igual al de reflexión.
• Reflexión difusa: cuando el material de superficie es rugoso.
• Reflexión mixta: se da en la mayoría de los materiales, compuesta por las dos anteriores.
• Transmisión: si el material tiene un grado de transparencia, parte de la luz lo atravesará. Algunos materiales transmiten casi toda la luz (agua, vidrio transparente), otros solo una parte (papel).
• Transmisión dirigida: es producida por los cuerpos transparentes (cristales y vidrios).
• Transmisión difusa: vidrios opalinos o esmerilados, menor deslumbramiento.

Fuentes de Luz Natural

Por el día:

• Luz solar directa
• Cielo claro, nubes, reflejos de edificios o suelos

Por la noche:

• La luna
• Relámpagos

Consejos para Aprovechar la Luz en el Diseño

Orientación de vanos: depende del clima y la ubicación. Norte: mejor captación de luz. El sur también tiene buena luz. Hay que cuidar la radiación directa del verano regulándola en favor del invierno.