Fundamentos para edificaciones energéticamente eficientes

Desde el presente post vamos a definir los puntos esenciales o bases que deberíamos tener en cuenta en toda envolvente de un Edificio con el objetivo de identificar las claves en las edificaciones energéticamente eficientes.

Tras estudio previo, y atendiendo a la envolvente en la Edificación podemos determinar tres puntos.

  1. Atenuación de las cargas de calor solar.
  2. Aprovechamiento de la ventilación natural.
  3. Control de la iluminación natural.

Estas estrategias servirán de guía para ser aplicadas a cada uno de los diferentes componentes arquitectónicos y de las instalaciones, equipos y mobiliario.

ATENUACION  DE LAS CARGAS DE CALOR SOLAR


 

Primero deberemos determinar las fuentes por las cuales el calor penetra en las Edificaciones:

  1. El sol: la radiación solar directa y difusa llega a la edificación desde el sol y del cielo, así como por reflexión de las superficies cercanas (albedo).
  2. El aire: en el día el sol aumenta la temperatura del aire exterior por intermedio del suelo y las partículas contenidas en él. En las noches, en ausencia del sol, el aire, por acumulación de calor, mantiene un nivel de temperatura exterior que en el trópico no presenta un gran salto térmico entre el día y la noche.
  3. Otras fuentes de calor: los usuarios, de acuerdo a su metabolismo y actividad, emiten calor al ambiente. Igualmente, las instalaciones, equipos y electrodomésticos generan calor en mayor o menor medida de acuerdo a su finalidad y su eficiencia.

mecanismo de inercia térmica

Las  causas más importante del calentamiento en el interior de las edificaciones es el sol, el cual actúa esencialmente de dos maneras

• Penetración directa por las aberturas y las superficies vidriadas.
• Calentamiento de los cerramientos exteriores opacos, y transmisión posterior al interior.

Si analizamos el ambiente exterior tanto la radiación solar como la temperatura del aire obedecen a ciclos de 24 horas que se repiten constantemente. En el exterior, la temperatura del aire y de las superficies externas de la envolvente de la edificación se encuentra a su nivel mínimo antes del amanecer. A medida que el sol se eleva en el cielo la temperatura del aire exterior aumenta hasta que alcanza su valor máximo, y al mismo tiempo se almacena en la envolvente un flujo de calor originado por la radiación solar recibida en forma directa, difusa o reflejada. La envolvente almacena calor en mayor o menor medida y luego lo transmite al interior; este proceso depende de las propiedades termofísicas y características superficiales de los componentes constructivos. El mecanismo de transmisión de calor está asociado a dos conceptos muy importantes:

-. Amortiguamiento: representado por la diferencia entre la temperatura máxima interior y la máxima exterior.
-. Desfase o retardo: representado por la diferencia en unidades de tiempo, entre la máxima temperatura exterior e interior.

El concepto de masa térmica o inercia térmica de una edificación se refiere a la característica que tiene la edificación en su conjunto de amortiguar el calor que incide sobre ella y transmitirlo al interior con retardo.

• Si la inercia térmica es fuerte, el tiempo de retardo y el amortiguamiento son grandes y se dice que la edificación es pesada.

• Si la inercia térmica es débil, el tiempo de retardo y el amortiguamiento son pequeños y se dice que la edificación es liviana.

La inercia térmica fuerte es adecuada para edificaciones diseñadas para funcionar en horas diurnas con sistemas de aire acondicionado, por ejemplo para edificios gubernamentales y de oficinas. La inercia débil y la media son más adecuadas para edificaciones de uso diurno y nocturno acondicionadas con ventilación natural. Las edificaciones, de acuerdo a las necesidades de uso y de las características climáticas, pueden acondicionarse ambientalmente de manera activa o pasiva. En cualquier caso, una adecuada estrategia de diseño debe seguir los siguientes lineamientos:

  1. Adecuada implantación, forma y orientación de la edificación.
  2. Aprovechamiento del contexto urbano y del paisajismo para el sombreado.
  3. Utilización de protecciones solares y otras técnicas de bloqueo solar.
  4. Selección de los componentes constructivos opacos en función de su inercia térmica y características superficiales.
  5. Adecuada selección de tecnologías de ventanas y de fachadas de vidrios.

APROVECHAMIENTO DE LA VENTILACIÓN NATURAL


 

Se designa  ventilación natural al proceso de intercambio de aire del interior de una edificación por aire fresco del exterior, sin el uso de equipos mecánicos que consuman energía tales como acondicionadores de aire o ventiladores. El movimiento del aire se origina por la diferencia de presiones, la cual tiene dos fuentes: gradiente de temperaturas o efecto dinámico del viento al chocar contra la edificación.

La ventilación natural, utilizada en combinación con el aislamiento, la masa térmica y las protecciones solares, puede reducir o eliminar la necesidad del aire acondicionado en los espacios interiores. Para maximizar las oportunidades de ventilar naturalmente una edificación debe asegurarse un irrestricto acceso a los vientos exteriores. La velocidad del aire en un ambiente está condicionada por la velocidad del viento incidente y de los campos de presión que se generan alrededor de la edificación, los cuales están determinados por la implantación y forma de la edificación, la permeabilidad de las fachadas y la distribución interior de los ambientes.

comportamiento del aire en edificación

El comportamiento del aire alrededor y dentro de la edificación está regido por los siguientes principios:

• El movimiento del aire dentro de las edificaciones se basa en el principio básico del «equilibrio de presiones» entre los ambientes. En la medida en que se mantenga una diferencia de presiones, se produce un proceso continuo de circulación del aire.
• Al chocar con la edificación el viento provoca diferencias de presión entre los lados. De esta manera, el aire se desplaza desde la zona de barlovento (presión +) a la de sotavento (presión – ), a través de las aberturas.
• Una forma de la edificación que produzca mayores perturbaciones en el movimiento del viento creará mayores diferencias de presión.
• El aire tiende a entrar por las aberturas de cara a la incidencia del viento y a salir por las aberturas restantes, en función de las dimensiones, de la ubicación y del tipo de ventana.
• Si un ambiente tiene sólo un orificio hacia el exterior, allí se crea una zona neutral donde el aire entra por arriba y sale por debajo, con escasa renovación del mismo.

Para aprovechar eficientemente la ventilación natural, la edificación y los componentes constructivos deben orientarse convenientemente; también deben disponerse aberturas y ventanas que promuevan la ventilación cruzada en el interior de los ambientes. Una apropiada respuesta arquitectónica debe tomar en cuenta además las características de la parcela y del contexto urbano. Las estrategias de diseño pueden resumirse entonces, en las siguientes recomendaciones:

  1. Adecuada implantación y forma de la edificación para producir mayor movimiento del aire alrededor y dentro de las edificaciones.
  2. Utilización del paisajismo para canalizar el movimiento del aire dentro de la parcela.
  3. Ubicación y tamaños de ventanas y/o aberturas que estimulen la circulación y renovación del aire.
  4. Alta permeabilidad en las fachadas y en los cerramientos interiores.

CONTROL DE LA ILUMINACION


 

El sol es la fuente natural de la iluminación diurna, y su efecto depende de la localidad geográfica, por lo cual las características lumínicas del cielo están determinadas por la latitud, la altitud y las condiciones climáticas de cada región. Lo que percibimos como luz es el espectro visible de la radiación electromagnética proveniente del sol, comprendido entre 380 a 780 nm. Esta luz se recibe de manera directa en las fachadas orientadas en el eje este-oeste, y de manera difusa, debido a las múltiples reflexiones de la luz en la bóveda celeste en las otras orientaciones.
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control de iluminación

Un adecuado uso de la luz natural requiere un conocimiento de sus propiedades fundamentales, de transmisión y reflexión:

• Transmisión: los cuerpos denominados opacos, al ser expuestos a la radiación solar, bloquean el paso de la luz, por lo que producen sombras detrás de ellos. Otros cuerpos transmiten gran parte de la luz incidente, por lo que se denominan transparentes o translúcidos. La luz incidente se distribuye de tres formas:  reflectancia (r), absorbancia (a) y transmitancia (t), las cuales definen las propiedades de los cuerpos, mediante la relación:

r + a + t = 1

En el caso de cuerpos opacos

t = 0 y así r + a = 1

Los materiales translúcidos transmiten gran parte de la luz incidente, pero al interrumpir su trayectoria recta, ésta se dispersa en todas las direcciones y da lugar a la luz difusa.

• Reflexión: es una propiedad asociada al comportamiento de la luz al ser reflejada por una superficie. Si los rayos paralelos de la luz incidente al ser reflejados por una superficie continúan siendo paralelos, se denomina reflexión especular, y la superficie en este caso es un espejo plano. A este tipo de superficie se le aplican las reglas básicas de la óptica geométrica.

En una superficie mate, la luz incidente se refleja en todas las direcciones y produce luz difusa. Con frecuencia, y según el material y el color de la superficie, se producirá fundamentación una mezcla de las reflexiones especular y difusas, por lo que se generan dos tipos de reflexiones denominadas semidifusa y dispersa. Materiales y colores de una alta transmitancia y/o reflectancia son factores de diseño determinantes para el aprovechamiento de la iluminación natural y para racionalizar el consumo de energía. La propiedad de reflexión de los espejos permite su utilización práctica en la arquitectura para la conducción o redistribución de la luz natural, como en el caso de los ductos de iluminación y bandejas solares.

En resumen, una estrategia adecuada para el aprovechamiento controlado de la luz natural debe estar basada en las siguientes recomendaciones:

• Orientación y protección de las ventanas y otras aberturas, con parasoles, aleros, celosías, persianas u otro medio de bloqueo de las ganancias solares.
• Uso de cristales de alta tecnología que permitan una apropiada transmisión de luz natural con una controlada ganancia de calor solar.
• Ubicación y tamaños adecuados de las ventanas y otras aberturas en función del uso y proporciones volumétricas del ambiente.
• Utilización de acabados finales interiores de colores claros y reflectivos.
• Empleo de superficies reflectantes para reorientar la luz, y dotar los ambientes de mayor y mejor iluminación natural.
• Control del deslumbramiento exterior e interior de las edificaciones.

Artículo sustraído de la Universidad de Venezuela (Facultad de Arquitectura y Urbanismo)

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6 Comentarios

  1. El amortigiuamento y desfase de un cerrameinto no permite por si solo estimar o evaluar el confort o la demanda energetica de un edificio
    Para ello es preciso usar medios holisticos que toemen en consideración todos los eleemntos constructivos que conforman el edificio y su perfil de uso para tomar en consideración las interacciones entre ellos.
    En algunos metodos previsionales como el de “admitancia” se usan el amortiguamento y desfase como uno (entre muchos) de los datos de entrada para la evaluación de un edificio
    Consultad la EN 13792 “calculo de la temperatura en un local en ausencia de sistema de climatizacion” para mas informaciones

  2. Nos parece interesante que os informéis sobre el producto GAINA. Es una pintura que aporta AISLAMIENTO, y se puede utilizar para pintar un edificio por el exterior y por el interior para conseguir excelentes resultados en su aislamiento. http://www.sistacoat.es/

  3. Una medida que puede tener un gran impacto en el ahorro energético sobre todo en climas fríos, pero también en climas cálidos es la instalación de un sistema de recuperación de calor. Los recuperadores de calor permiten la renovación del aire interior de un local conservando y recuperando la energía utilizada para climatizar este aire. El recuperador de calor funciona mediante la combinación de dos ventiladores centrífugos de bajo nivel sonoro, donde uno de ellos realiza la extracción del aire viciado del interior del local hacia la calle, y el otro impulsa aire fresco del exterior hacia el interior del local. Los dos circuitos se cruzan sin mezclarse, en un intercambiador de placas, donde el calor del aire saliente, se transfiere al aire fresco del exterior y lo calienta. De esta forma conseguimos recuperar un alto porcentaje de la energía utilizada para calentar o enfriar el aire del interior del local, y reutilizarla. Sin la utilización del recuperador, esta energía se perdería totalmente. También es una de las estrategias principales del estándar Passiv Haus.

  4. • Reflexión: es una propiedad asociada al comportamiento de la luz al ser reflejada por una superficie. Si los rayos paralelos de la luz incidente al ser reflejados por una superficie continúan siendo paralelos, se denomina reflexión especular, y la superficie en este caso es un espejo plano. A este tipo de superficie se le aplican las reglas básicas de la óptica geométrica.

  5. Me gustaría que hicieran un artículo como este pero dirigido al usuario. Ustedes pueden escribir ¿como yo puedo distinguir una vivienda normal de una vivienda eficiente energeticamente?

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