La forma de la arquitectura incentivada por el viento y sol

La forma de la arquitectura ante el sol y el efecto del viento

Múltiples agentes intervienen en una arquitectura coherente y eficiente,  aunque muchas veces olvidamos –creo-  puntos claves que económicamente son de coste prácticamente “nulo” y nos centramos más en disponer de una instalaciones más eficientes o de un diseño más “espectacular”.

Existen otros caminos para dar forma a la arquitectura que nos reportará beneficios. Estrategias de ventilación natural gracias a los vientos dominantes que afectan a la arquitectura que podemos implementar, además de aprovecharnos del sol y sus beneficios.

La parcela y la forma de  la edificación pueden ser decisivas para aminorar o mejorar las ganancias de calor por radiación solar y promover la dirección de los vientos en la arquitectura. Un ejemplo…

Para ello es necesario considerar diferentes puntos del entorno, vientos, asoleamiento, accesos, obstáculos…etc. Un compendio de elementos, que bien estudiados y ejecutados desde un inicio provocaran un futuro ahorro  en energía, aunque creo recordar que no seremos recordados en la arquitectura por plantear y ejecutar adecuadamente  estos aspectos.

Evidentemente no es lo mismo construir en el Norte de España que en el Sur, pero los puntos de revisión que pretendemos mostrar antes de iniciar la construcción de un proyecto pueden ser adaptados según su situación climática.

Ventilación natural y cargas solares

En este caso nos centramos en la reducción de las cargas solares (Calor solar) y el aprovechamiento de la  ventilación natural.  Curiosamente también dispone de un juego inverso,  el la mayoría de puntos revisados,  el contrario sería para obtener unas mayores cargas solares.

Recordando el “juego inverso” comentado anteriormente, analizamos  puntos que deberemos considerar en nuestro proyecto de  arquitectura.

Limitar la asimilación del calor en la edificación, orientando las fachadas más estrechas hacia el este y el oeste

La ganancias solares de calor tienen su mayor impacto en las superficies perpendiculares a los rayos del sol, es decir en los techos y las paredes Este y Oeste durante todo el año, y en la pared Sur en los meses del invierno boreal (Noviembre, Diciembre, Enero). En las edificaciones orientadas con las fachadas más estrechas hacia el Este y el Oeste se reduce la exposición al sol en su ángulo más bajo y se obtienen mejores posibilidades de sombreado.

Cuadro ganancias solares

Ubicar la edificación en parcela

Ubicar  la edificación en la parcela de forma que se aprovechen elementos del contexto urbano para bloquear o aumentar las ganancias de calor o maximizar el potencial de enfriamiento de los vientos predominantes.

Los elementos del entorno urbano tales como desniveles topográficos, masas de vegetación o edificios cercanos pueden arrojar sombras en las parcelas que pueden ser aprovechados como protectores solares. (Recordamos el artículo de manuales en diseño urbano con más de 30 documentos  de relevancia)

Aquí debemos de entender que la ubicación del Sol es muy importante con referencia a la edificación. Si lo tenemos en cuenta todo son beneficios y en el siguiente esquema son palpables (Orientación para España):

Utilizar el paisajismo.

Utilizar elementos de paisajismo para mejorar el microclima de la parcela y sombrear la edificación.

La ubicación de plantas alargadas con las fachadas más estrechas orientadas dentro de un ángulo de 15º a 20° este-oeste, reducirán las ganancias de calor en las mañanas y en las tardes cuando el sol actúa con sus ángulos más bajos. Aunque la fachada sur reciba alta insolación durante el invierno boreal, ésta puede reducirse con aleros de techo.

Utilizar las jardineras como elementos de volumetría para el amortiguamiento de las ganancias de calor solar.

Podemos mejorar el microclima de la parcela con la ayuda de masas de vegetación,  setos, jardineras y otros elementos. El sombreado de paredes y techos con arbustos, árboles frondosos y pérgolas puede reducir las ganancias de calor solar a través de estos cerramientos.

Todo tipo de  árboles y arbustos que están cerca de la edificación deben seleccionarse de manera que produzcan la sombra adecuada y al mismo tiempo permitan el paso del aire. La vegetación absorbe la radiación solar y sombrea el suelo, por lo que contribuye a bajar la temperatura de la superficie. Al mismo tiempo refresca el aire circundante mediante la transpiración del vapor de agua.

Utilizar el sombreado en superficies pavimentadas exteriores para disminuir la temperatura.

Con referencia a las  superficies pavimentadas asoleadas aumentan la temperatura del entorno y afectan el confort visual.

Las temperaturas del aire encima de las áreas pavimentadas asoleadas, tales como estacionamientos,  patios y calles internas pueden ser hasta 7º C más altas que en las superficies no pavimentadas asoleadas, y hasta 14º C más altas que las áreas no pavimentadas sombreadas.

Definir las áreas exteriores pavimentadas para evitar la reflexión del calor superficial del entorno inmediato.

Los materiales de color oscuro tales como el asfalto, absorben, conducen y re-irradian calor. Los materiales de colores en las obras como los claros tales como el hormigón, absorben, conducen y re-irradian significativamente menos calor pero causan deslumbramiento.

Utilizar como pavimento de tránsito exterior elementos livianos y de poca superficie pavimentada, para reducir las ganancias de calor solar y el deslumbramiento.

Los adoquines calados permiten que la vegetación crezca en los espacios vacíos. Son apropiados para áreas de tránsito liviano tales como  estacionamientos y garajes. Son un buen sustituto para el asfalto o el hormigón pues disminuyen el área total de estos materiales sin eliminar la función como superficie rodante o de estacionamiento.

Utilizar juego de volúmenes en las fachadas para crear sombras.

Diferentes planos que conforman volúmenes, con salientes y entrantes, producen un conjunto de sombras propias, arrojadas por el edificio, que disminuye la asimilación de calor a través de la envolvente y favorecen ambientes interiores menos calurosos. De interés ver el artículo que se ofrecen planos gratis de casas ecologías para descargar con 28 diseños de grandes despachos de arquitectura)

Aprovechar la elevada inercia térmica del suelo como elemento de diseño.

A una determinada profundidad la temperatura del suelo permanece constante y suele ser menor que la temperatura exterior. Además, una capa de tierra puede actuar como aislante adicional. La amortiguación de temperatura que se produce depende de la profundidad y del tipo de suelo.

Para amortiguar las variaciones día – noche el espesor debe ser de 20 – 30 cm, para amortiguar las variaciones entre días de distintas temperaturas, espesor de 80 a 200 cm, y para amortiguar variaciones invierno – verano, espesores de 6 – 12 m.

Arquitectura del viento

Proporcionar amplios espacios entre edificaciones siguiendo la dirección del flujo de viento.

El viendo en arquitectura debe de considerarse como un elemento más a la hora del diseño dado que nos va a proporcionar unas ventajas sobre la ventilación natural que deberemos tener en cuenta. En los siguientes esquemas, podemos comprobar los efectos causados por los vientos en la arquitectura sobre la edificación.

Ante unas distancia entre edificaciones de al menos 5 veces la altura de la edificación aguas arriba ofrece mayores oportunidades de ventilación para la edificación aguas abajo. Tenemos que aprender a utilizar el viento en la arquitectura para aprovechar sus características.

Ubicar convenientemente las edificaciones para proporcionar buena ventilación alrededor de la estructura urbana. En el siguiente diagrama de vientos sobre un conjunto de viviendas podemos constatar su actuación:

Cunado observamos el flujo de aire en una edificación crea una zona de alta presión en la cara de frente y de baja presión en la cara de atrás y en las caras paralelas a la dirección del viento. Las edificaciones alineadas en la dirección del viento crean sombras de viento a las otras edificaciones que están aguas abajo y en consecuencia una mala ventilación.

Esta situación, puede mejorarse orientando las edificaciones en un cierto ángulo en relación a la dirección predominante del viento. De esta forma también se incrementa la distancia efectiva entre las edificaciones.

Utilizar masas de vegetación para orientar las corrientes de aire

Algunas  veces, la orientación de la edificación según la trayectoria solar está en contradicción con la de los vientos dominantes, pero una estudiada disposición de los elementos constructivos exteriores, de la volumetría y de la vegetación pueden cambiar la dirección del aire en movimiento proporcionando diferentes ventajas sobre la construcción diseñada.

Utilizar la volumetría de la edificación para estimular la circulación del aire en el interior de la edificación.

Para espacios con aberturas en paredes opuestas, oriente la habitación 45% de la dirección del viento para mejorar el flujo de aire. Las habitaciones orientadas a 45% con respecto a la dirección predominante del viento aumentan su flujo de aire en un 20%.

En una fachada con ventanas, orientada 45° en relación al viento, la colocación de una pared o volumen saliente al final puede duplicar la presión positiva del viento. Si por el contrario se coloca la pared o volumen antes de las ventanas, se reduce la presión frente a éstas y se disminuye el caudal hacia el interior.

Utilizar las formas y orientación de los techos para estimular la circulación del aire dentro de las edificaciones.

Atendiendo al ángulo de inclinación y la orientación de las aguas de un techo pueden emplearse para desviar la trayectoria original del viento, y de esta manera aprovechar mejor su fuerza dinámica para ventilar los ambientes.

La inclinación del techo a favor del viento producirán mayor presión en la fachada de incidencia que techos planos, por cuanto la trayectoria del viento se desvía hacia arriba y produce una mayor masa de aire a presión negativa a sotavento. Mientras mayor es la pendiente mejor es el efecto.

Techos con pendientes opuestas a la incidencia de los vientos producen un efecto de presión negativa menor, debido a que el aire tenderá más rápidamente a restaurar su trayectoria original para volver a la superficie del suelo.

Los techos a dos aguas con orientación perpendicular a la incidencia de los vientos en la construcción y con poca pendiente permitirán la restauración más rápida de la trayectoria del viento a sotavento, por lo tanto menor será la diferencia entre sobrepresión y depresión alrededor del volumen. Con techos a cuatro aguas el efecto es más evidente.

Techos planos con aleros tipo corredor perimetral disminuirán los campos de presión alrededor del volumen. Esta situación se puede mejorar creando remates ascendentes al perímetro de los aleros.

Separar la edificación del suelo para estimular la circulación del aire alrededor y dentro de los ambientes.

Cuando se produce el roce del viento contra el suelo reduce el movimiento del aire y hace necesario elevar la edificación para que así la velocidad del aire que la atraviesa sea mayor. Esto permite a la envolvente desprender calor por convección. En realidad son muchos detalles técnicos y constructivos que debemos empezar a entender, con el artículo de técnicas de construcción de casas bioclimáticas aportamos planos de detalle para descargar y poder trabajar.

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Obtenido de:

• Field Guide for Energy Performance, Comfort, and Value in Hawaii Homes (Recomendable estudio)
• Manual de diseño bioclimático desde AQUI en el que se incluye un apartado muy interesante sobre el viento en la construcción (Ver a partir de la página 88)
• Ventilación natural eficiencia y cuantificable
• Manual Sol y Viento con buenos ejemplo explicativos de la ventilación natural en construcciones.
• Arquitectura bioclimática

Efectivamente existen muchos factores que determinaran la forma final de una edificación pero pretendemos mostrar que el juego entre forma-viento-sol  puede ser un buen objetivo base  para cualquier proyecto de arquitectura.

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