Diagrama Bioclimático de Givoni

Givoni en su diagrama bioclimático para edificios “Building Bioclimatic Chart” introduce como variable el efecto de la propia edificación sobre el ambiente interno, el edificio se interpone entre las condiciones exteriores e  interiores y el objetivo fundamental de la carta bioclimática consiste en utilizar unos materiales y una estructura constructiva, cuya respuesta ante unas determinadas condiciones exteriores permita crear un ambiente interior comprendido dentro de la zona de bienestar térmico.

El diagrama de Givoni es una carta que permite determinar la estrategia bio­climática a adoptar en función de las condiciones higrotérmicas del edificio en una determinada época del año. En el diagrama se distinguen unas zonas asociadas a sus respectivas técnicas bioclimáticas que permiten alcanzar la zona de bienestar.

La carta se construye sobre un diagrama psicrométrico y en ella se distinguen una serie de zonas características:

  • Una zona de bienestar térmico delimitada a partir de la temperatura del termómetro seco y la humedad relativa, sin tener en cuenta otros factores.
  • Zona de bienestar ampliada por la acción de otros factores adicionales:

Image

a)     Hacia la derecha la zona de bienestar puede ampliar en función de la masa térmica del edificio, representada por los tipos de materiales de la construcción; el enfriamiento evaporativo, que se produce cuando una corriente de aire seco y cálido pasa sobre una superficie de agua, parte de la cual se evapora produciendo un doble efecto positivo: descenso de la temperatura por la energía utilizada en el proceso de evaporación y aumento de la humedad ambiental. Fuera de estos límites y hacia la derecha del gráfico, solo se pueden conseguir las condiciones adecuadas con sistemas mecánicos de ventilación y deshumificación.

b)     Hacia la izquierda del gráfico la zona de confort se extiende siempre que se produzca calentamiento, que puede ser calentamiento pasivo, es decir, utilizando la radiación solar directa, durante el día, o el calor almacenado en acumuladores, durante la noche y calentamiento mecánico, mediante el uso de sistemas convencionales de calefacción.

Image

Como ocurre con la carta de Olgyay, la utilidad del diagrama es indiscutible, sin embargo el problema consiste, primero en determinar los límites de confort, bastante diferentes según autores y zonas y, en segundo lugar, utilizar los datos adecuados de temperatura y humedad, que deberían ser horarios o, al menos representativos de los distintos ambientes que se producen a lo largo del día, sobre todo en climas tan contrastados como los del interior de la Península.

Un ejemplo de aplicación lo podemos encontrar en la realización del Museo Ydañez en Puente de Genave:

Image(Click en la imagen para saber mas sobre el proyecto)

Diagrama Bioclimático de Olgyay

Los hermanos Olgyay desarrollaron en una de sus obras “The Bioclimatic Chart”, una carta bioclimática en la que se integran dos variables fundamentales para el bienestar, la humedad y la temperatura. Además se añaden otras como la velocidad del viento, la radiación y la evaporación que son medidas correctoras.

El procedimiento deseable será trabajar con y no contra las fuerzas naturales y hacer uso de sus potencialidades para crear mejores condiciones de vida…El procedimiento para construir una casa climáticamente balanceada se divide en cuatro pasos, de los cuales el último es la expresión arquitectónica. La expresión debe estar precedida por el estudio de las variables climáticas, biológicas y tecnológicas…” (Olgyay, 1963).

Image

Dentro de este diagrama se pueden distinguir:

a)     Una zona de bienestar o confort de referencia para una persona en reposo y a la sombra, con una temperatura ambiente entre 22ºC y 27ºC, y una humedad relativa entre el 20% y el 80%, unos límites que corresponden a una sensación térmica aceptable.

b)     En el eje de ordenadas se representa la temperatura seca del aire, es decir, la que indica un termómetro normal.

c)     En el eje de abscisas se representa la humedad relativa del aire.

d)     También aparecen una serie de líneas, que representan las medidas correctoras que es preciso realizar en el caso de que las condiciones de temperatura y humedad salgan fuera de la zona de confort.

Estas líneas son:

  • La radiación expresada en Kcal/hora se sitúa en el límite inferior de la zona de confort y con ella se dibuja la línea de sombra o límite a partir del cual el confort se pierde como consecuencia del frío.
  • El viento en m/s. se representa por una líneas crecientes con la temperatura y decrecientes con la humedad.
  • La línea de congelación, aparece en el borde inferior del gráfico e indica la temperatura mínima soportable antes de que aparezcan problemas de congelación en los miembros.
  • La línea de insolación, en la parte superior, indica posibles desmayos por la combinación de altas temperaturas y elevada humedad.

Los puntos situados por debajo de la zona de confort indican periodos con defecto de calor,  por lo que es necesaria la radiación solar para alcanzar la confortabilidad. Los puntos situados por encima indican periodos sobrecalentados y el bienestar requiere del concurso de la ventilación o enfriamiento evaporativo para regresar a la zona de confort. En la utilización del gráfico pueden tomarse temperaturas mensuales, medias o extremas o los valores diarios.

Image

Cada zona geográfica dispone de una carta bioclimática específica en función de las condiciones ambientales correspondientes a su clima. Sobre una de estas cartas pueden estudiarse las actuaciones a realizar entre el punto de partida de una estancia y aquél que garantizaría el confort térmico.

Diagrama Psicrométrico

Los diagramas psicrométricos permiten determinar de forma gráfica el conteni­do de vapor de agua en el ambiente en función de dos parámetros. Esto es importante porque facilita la adopción de estrategias que permitan alcanzar unos límites razonables de confort térmico desde la posición inicial hasta la deseada. El aire que respiramos contiene una importante cantidad de agua en forma de vapor. En función de la cantidad de agua presente en el aire ambiente, se facilitará o impedirá la evaporación del sudor del cuerpo humano condicionando el principal procedimiento fisiológico utilizado por el cuerpo para regular la temperatura interna.

En las normativas españolas aparece reseñado como un punto de referencia para el cálculo del confort térmico de edificaciones en nuestro país.

En la siguiente figura se puede observar un diagrama psicrométrico (El diagrama no es constante, ya que es variable con la altura sobre el nivel del mar, aunque es usual en la bibliografía encontrarlo para la altura a nivel del mar) con sus parámetros significativos:

  • El eje horizontal representa en grados centígrados, °C, la temperatura seca, que corresponde a la que se obtiene con la lectura directa de un termómetro normal.
  • El eje vertical refleja la humedad absoluta. Se representa con el símbolo w y en el diagrama viene indicada en gramos de agua por kilogramo de aire seco (gw/kga).
  • La línea verde representa la línea de humedad relativa del 100%, que es indica­tiva del estado de saturación. Las líneas pintadas de azul son las líneas de humedades relativas inferiores a 100%. El valor de la humedad relativa está es­crito sobre la línea correspondiente. Por ejemplo, la representada de azul en esta figura representa una humedad relativa (HR) del 60%.
  • La línea naranja es la de la entalpía (cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno), representada con el símbolo h, siendo sus unidades kJ/kg aire seco.
  • La línea (100% de saturación) verde es el límite del diagrama del aire real.

La utilización del diagrama permite determinar el estado del aire conociendo sólo dos parámetros, siendo los más utilizados la temperatura seca y la hume­dad relativa. Tanto la temperatura seca como la humedad relativa son fáciles de obtener con un termohigrómetro.

Antecedentes históricos de la Arquitectura bioclimática

Para comprender el sentido del empleo de los diferentes materiales y sistemas constructivos en la arquitectura bioclimática es necesario echar la vista atrás, hasta los orígenes de la arquitectura. Desde sus inicios, el ser humano ha sabido de la importancia del sol y su influencia en nuestras vidas, un ejemplo es el observatorio de Stonehenge (3100 a. C), aunque se desconoce con exactitud su función, lo que es irrefutable es su relación directa con el movimiento del sol, éste sale justo atravesando el eje de la construcción durante el solsticio de verano.

Imagen: Vista aérea de Stonehenge. Fuente: Jason Hawkes/Getty – TheGuardian

Adentrándonos en la historia, cabría destacar figuras como Sócrates (470 a 399 a. C.), que defendía conceptos tales como “…en las casas orientadas al sur, el sol penetra por el pórtico en invierno, mientras que en verano el arco solar descrito se eleva sobre nuestras cabezas y por encima del tejado, de manera que hay sombra…”, este simple principio de diseño fundamentó la base de la arquitectura en la antigua Grecia.

Más tarde, Aristóteles (384 a 322 a. C.) defendería también similares principios básicos de la arquitectura al afirmar que “resguardarse del frío norte y aprovechar el calor del sol es una forma moderna y civilizada”. Entre las grandes figuras de las Historia Antigua, es también destacable el caso de Vitruvio (Siglo I a. C.) quien realizo el tratado sobre arquitectura más antiguo que se conserva y el único de la antigüedad clásica, con su extensa obra “diez libros de arquitectura” en los que se recogen formas arquitectónicas de la antigüedad greco-latina, materiales, construcción, tipos de edificios y un gran etcétera. Prestigioso arquitecto defendió sus ideas de una arquitectura pensada para el hombre en comunión con el entorno,  “tomar buena nota de los países y climas donde vamos a construir, una casa apropiada para Egipto no lo es para Roma”, “no se debe hacer sombra con nuevos edificios”, son algunos extractos que reflejan la importancia de la arquitectura solar pasiva y de la relación que ha tenido el proceso edificatorio con el clima a lo largo de la historia.

De manera más reciente e inevitablemente influenciada por la historia nos encontramos con la arquitectura popular o arquitectura vernácula, ya que la arquitectura bioclimática actual no deja de ser una arquitectura popular evolucionada que se sigue nutriendo de las experiencias de los antepasados, mediante el conocimiento empírico y la experimentación.

La principal característica de esta arquitectura es la utilización de los materiales de su entorno inmediato, el objetivo era crear microclimas y un lograr el mayor confort térmico minimizando las inclemencias del clima, en algunos casos extremo, además de no disponer de los medios actuales para utilizar materiales venidos de otras partes del mundo. Esto supone un menor impacto medioambiental ya que tras su ciclo de vida pueden ser devueltos sin riesgo de contaminación al propio entorno de donde se obtuvieron.

Un ejemplo de este tipo de arquitectura serían las cuevas, donde las temperaturas interiores no varían prácticamente durante todo el año, manteniendo temperaturas de entre 15 y 19 °C, son un claro ejemplo de adaptación al medio y aprovechamiento de la inercia térmica del suelo. En España podemos encontrar este tipo de arquitectura popular entre tantas otras en la zona de Granada. En esta misma zona encontramos una de las joyas arquitectónicas de nuestro país, La Alhambra, en ella podemos encontrar numerosas características constructivas en las que se basa la arquitectura bioclimática, destacan la orientación de los patios según la dirección de los vientos dominantes y el tratamiento del agua, un aspecto importantísimo en su diseño.

Imagen: Cuevas Andaluzas. Fuente: Guía turismo de Andalucía.

Si hablamos de arquitectura más cercana en el tiempo podemos encontrar ejemplos en los que también está presente la utilización del sol como fuente de energía y confort,  es el caso de los “grandes invernaderos”, como el Palacio de Cristal de Londres de Joseph Paxton dedicado a albergar la exposición de 1851. Pionero en su sistema constructivo, para su ejecución se utilizaron materiales como el cristal y el metal, que eran nuevos materiales alejados del uso generalizado por aquel entonces del ladrillo como material destinado a las grandes edificaciones. Este edificio supuso un cambio en la arquitectura mundial que comenzó a incluir estos materiales en las nuevas edificaciones como solución a una óptima iluminación, mejorando el confort interior en el caso del vidrio y mejorando la resistencia y durabilidad de las edificaciones mediante el uso de estructuras metálicas.

Imagen: Fachada original del Crystal Palace. Fuente: Wikipedia Imagen: Fachada principal original del Crystal Palace. Fuente: Wikimedia

También en Inglaterra promovido por la falta de salubridad de los barrios obreros así como la escasez de horas de sol, comenzaron a construirse las primeras “ciudades-jardín”, un ejemplo es el proyecto de Letchworth, a las afueras de Londres.

Ya en el siglo XX, durante los años 30 en adelante, Le Corbusier arquitecto de gran relevancia en la arquitectura moderna que a pesar de no caracterizarse en su obra más temprana por el aprovechamiento arquitectónico de los recursos naturales, comenzó un periodo de investigación de los efectos de la luz solar “Epure du soleil” y la relación de la arquitectura y su entorno, sus dibujos anticiparon los manuales clásicos del bioclimatísmo de Olgyay (1963) y Givoni (1969), que servirán de base para las  actuales herramientas de simulación informática. Así pues, defendió principios que bien podrían ser los cimientos de una arquitectura bioclimática, “el sol, la vegetación y el espacio son las tres materias primas del urbanismo” afirmaba en su manifiesto urbanístico redactado en el CIAM (Congreso Internacional de Arquitectos) en 1933 y publicado posteriormente por el prestigioso arquitecto.

——————————————

Si se desea profundizar en el tema es recomendable consultar: “Bioclimatismo en la arquitectura de Le Corbusier: El Palacio de los Hilanderos” – “Bioclimatism in the Architecture of Le Corbusier: The Millowners Association Building” de la Universidad de Alicante, (España). Persona de contacto (Autor)/Corresponding author: narequr@gmail.com (I. Requena-Ruiz). 

Descarga / Download link

——————————————

La arquitectura a lo largo de toda su historia ha tenido en cuenta los principios en los que se fundamenta actualmente la arquitectura bioclimática en mayor o menor medida, el aprovechamiento de la alta inercia térmica de la tierra y su temperatura estable ha dado pie a que grandes arquitectos de la arquitectura orgánica hayan optado por soluciones que combinen la captación de la radiación solar con una arquitectura semienterrada, entre todas las obras cabe destacar el “Hemiciclo Solar” (1944), obra del arquitecto Frank Lloyd Wright. Ésta edificación está compuesta por una planta en forma circular en la que se entierra la parte norte y se abre un jardín hundido describiendo una concavidad acristalada que mira hacia el sur. El terraplén al norte y un muro de piedra de gran dimensión protegen la vivienda de los vientos dominantes y proporcionan calor y fresco en verano. Defendió que “sus viviendas debían ser parte de la naturaleza y crecer desde el suelo hasta la luz”, así queda reflejado en su obra y en concreto en su libro “The Natur House” donde promovía “una integración tanto en el lugar, en el entorno como en la vida de sus habitantes”. Es un ejemplo de adaptación al entorno (condiciones extremas de frío), utilización de materiales de la zona, eficiencia térmica y luz natural.

Alrededor de 1960, comenzó en la cultura occidental una tendencia a la protección del medio ambiente convirtiéndose más tarde en todo un movimiento, apareciendo conceptos nuevos como el de “casa ecológica”, recogido en el libro de James Lovelock, “Gaia una nueva visión de la vida sobre la tierra”.

Cabe destacar tal y como se menciona anteriormente la figura del arquitecto Victor Olgyay, es uno de los precursores en la relación entre la arquitectura y la energía, arquitecto y urbanista es considerado como el pionero del bioclimatísmo, es autor de numerosos libros relacionados con el tema entre los que cabe destacar “Arquitectura y Clima”, donde se recogen todos sus escritos tratando la relación entre un edificio y el medio natural que lo rodea así como la relación entre el ser humano y el clima. La mayoría de arquitectos bioclimáticos se nutren de sus enseñanzas y forman parte de la nueva corriente arquitectónica denominada arquitectura sostenible.