PROTECCIÓN CONTRA LA RADIACIÓN SOLAR

Como es lógico, en las épocas de mayor radiación solar es necesario reducir los aportes energéticos producidos por la incidencia del sol en la edificación al mínimo. Como ya hemos estudiado algunas técnicas o soluciones constructivas como los aislamientos, son validos indistintamente de la época del año, sin embargo no es así en todos los casos, como en el caso concreto de los sistemas de captación solar pasiva, destinados a conseguir recoger la mayor cantidad de calor posible, más adelante estudiaremos estos sistemas.

Durante el verano, el sol se encuentra en una posición más alta que en invierno, esto evita que una gran parte de los rayos de sol penetren de manera directa por los huecos que se encuentran orientados al sur. Para conseguir evitar por completo la radiación se puede optar por diseñar voladizos o pantallas que proyecten sobra, dimensionándolos según la orientación  y teniendo en cuenta el recorrido solar anual. De este modo durante el invierno la radiación incide en el interior de la edificación mientras que en verano se impide la radiación directa.

El comportamiento de la carpintería también es importante, si colocamos vidrios aislantes o incluso reflectantes mejoraría el comportamiento del acristalamiento, que ya de por sí tiene un coeficiente de transmisión más bajo cuando la radiación es oblicua.

Acristalamiento

Imagen: Radiación, comportamiento de un buen acristalamiento. Fuente: cecalca.com

Aunque éstas soluciones pueden parecer definitivas a priori, se plantean una serie de inconvenientes que hacen que sea necesario reforzarlas.

El principal inconveniente es la posición del sol durante los días más calurosos del año. Generalmente suelen coincidir con los últimos días de julio y primeros de agosto, en los que tras pasar el solsticio de verano, va reduciendo su altura y de ese modo los rayos pueden penetrar mejor por los huecos de la fachada. Otro inconveniente son las horas de sol, son días más largos en los que no hay casi nubosidades y los aportes energéticos son mayores. Por esta razón se requiere de sistemas que proyecten sombra o impidan la radiación solar.

Entre las diferentes opciones que se pueden adoptar cabría destacar las siguientes:

  • Toldos, celosías y pérgolas: como se ha mencionado anteriormente son soluciones ajustables según las necesidades. También se pueden utilizar plantas trepadoras para las pérgolas.
  • Lamas direccionales, persianas o contraventanas: para que impidan que gran parte de la radiación solar atraviese, limitando  así su entrada a través de los huecos. Dependiendo del modelo pueden bloquear demasiada luz.
  • Aleros: ya sean fijos o con vegetación de hoja caduca. Los aleros con vegetación deben preferiblemente ser más largos y colocar una maya metálica que deje pasar la luz.

El ciclo vital de las plantas generalmente coincide con las estaciones de modo que al utilizar vegetación de hoja caduca, las hojas se caen en inverno permitiendo la entrada de la radiación solar, mientras que durante el verano la impiden.

  • Arboles y vegetación: Plantar árboles o vegetación de hoja caduca, frente a la fachada sur refrescará el ambiente de manera inmediata y proyectará sombra sobre nuestro edificio.

Además si se diseña el perfil de las jambas de las puertas y las ventanas a 90° con respecto al plano de fachada, se reduciría también la entrada de radiación solar.

Estas soluciones se pueden aplicar en distintas facetas de la edificación, siendo muchas de ellas perfectamente válidas para los cerramientos, como la utilización de la vegetación. Es recomendable utilizar colores claros que reflejen la luz solar. Como ya sabemos la cubierta y las fachadas este y oeste también reciben un gran índice de radiación solar a lo largo del día, por lo que se procurará limitar la entrada de luz destinando los escasos huecos existentes a la ventilación y a la iluminación natural.

AISLAMIENTO TÉRMICO

Como hemos estudiado, en el cuerpo humano  la piel actúa a modo de barrera o capa protectora que regula la pérdida de energía. La piel se puede equiparar en términos arquitectónicos con la envolvente del edificio, sin embargo, no existe una tecnología comparable a la eficiencia de la piel humana. Existen ciertos mecanismos, que utilizados de manera conjunta podrían regular el intercambio de energía con el exterior de la edificación, el  aislamiento.

Imagen: Prueba aislamiento con lana mineral (Isover). Fuente: Experimento Solar Decathlon

El aislamiento ya sea térmico o acústico, realiza una función de filtro o barrera para evitar que traspase el calor o los ruidos. Ambos aislamientos según exige la normativa se deben contemplar conjuntamente, sin embargo, en este caso se tratará con mayor profundidad la función térmica del aislamiento. No debemos olvidar que para lograr el máximo confort se deben tener muy presentestanto los inconvenientes acústicos como los térmicos.

A continuación, se analizará la utilización del aislamiento térmico en la arquitectura bioclimática nombrando algunos de los materiales más recomendados desde el punto de vista de la sostenibilidad y respeto al medio ambiente.

En primer lugar, lo que se debe tener claro es el lugar donde vamos a colocarlo y cómo va a funcionar en el conjunto de la edificación. Ya conocemos como se transmite el calor (conducción, convección, radiación,…) y además sabemos que los materiales aislantes tienen una conductividad térmica muy baja.  Generalmente los materiales aislantes en su composición contienen algún tipo de gas, normalmente aire, esto es debido a que la propagación del calor en los gases en reposo es muy baja con lo que mejora las características aislantes que posee el material.

A la hora de colocar un material se debe prestar especial atención a los posibles puentes térmicos ya que una mala ejecución o discontinuidades en el mismo supondrían pérdidas de calor nada despreciables. En un cerramiento podemos encontrar sistemas que utilizan fluidos en movimiento, como las cámaras de aire ventiladas, en las que un mal aislamiento en el que se dejan espacios sin cubrir, provoca puentes térmicos que echan por tierra el fin último de esta solución constructiva. Si se realiza de manera correcta es una solución idónea para evitar problemas de humedades.

Uno de los principales problemas en los cerramientos es la transmisión de calor por cambio de estado que se puede producir en su interior. Cuando penetra la humedad, el agua se evapora al calentarse y se enfrían. Existen diferentes fenómenos que provocan las humedades entre los que caben destacar:

  • Punto de rocío: se deberá calcular de manera que coincida con la parte exterior del aislamiento, evitando que su evaporación enfríe el interior de la edificación.
  • Humedades ascendentes por capilaridad: este tipo de humedades provienen del subsuelo por lo que se debe utilizar una barrera continua de impermeabilizante.
  • Agua de lluvia: en lugares en las que las precipitaciones son abundantes se pueden utilizar la solución mencionada de la cámara de aire o utilizar materiales que favorezcan la evaporación como los revestimientos de mortero de cal.

También se debe tener en cuenta cuando construimos por ejemplo en zonas de montaña, el agua que discurre por las laderas, drenándola y alejándola del edificio para evitar posibles inconvenientes.

Anteriormente estudiamos el comportamiento que tiene la radiación solar, ésta no necesita un medio material para transmitirse ya que es capaz de hacerlo en el vacío, sin embargo y ahí es donde se presentan las mayores discordancias en el planteamiento constructivo de la arquitectura bioclimática, se pueden utilizar elementos con masa térmica en el exterior de los muros o por el contrario que sea el aislamiento lo que actúe como soporte material para el calor por radiación.

Básicamente lo que se cuestiona es si el aislamiento térmico debe ir colocado hacia el interior o hacia el exterior de los cerramientos. A continuación, se analizarán ambas opciones para intentar comprender mejor su funcionamiento.

En el caso de colocar el aislamiento térmico en la parte interior del muro desaprovecharíamos la masa térmica del resto de los materiales, poniéndonos en el caso de que en su parte interior hubiese una fuente de calor, el aislamiento interior evitaría que se transmita al resto de las capas del cerramiento, lo que impediría la acumulación de calor traduciéndose en un enfriamiento más rápido si se corta el flujo de calor interior. Para evitarlo, se pueden utilizar diferentes sistemas como veremos más adelante, como captadores de energía solar, cerramientos ligeros, muros trombe o depósitos acumuladores (por ej. agua) que actúen como sistemas radiantes.

En verano un edificio que tenga una masa térmica muy baja requiere un sistema de ventilación adecuado, si no existe ningún sistema de regulación y la energía captada por la radiación que atraviesa los huecos se acumula en el interior puede hacer que la temperatura interior aumente rápidamente. Además en verano se producirá el efecto contrario, al tener una inercia térmica baja, la temperatura se reducirá de manera excesiva requiriendo en ambos casos un sistema adecuado de climatización (refrigeración o calefacción).

Por lo tanto, esta solución sería recomendable para edificaciones de uso intermitente, en las que no será necesario calentar o enfriar toda la envolvente, sino que este aporte energético sea apreciable durante el corto periodo de tiempo en el que se desarrolle la actividad en el mismo, por ejemplo en los teatros.

De esto podemos deducir que la colocación del aislamiento térmico hacia el exterior es más indicada para el uso residencial o edificaciones de uso habitual. La utilización de materiales cerámicos que tengan un espesor suficiente para acumular el calor lentamente y posteriormente cederlo de la misma forma consiguiendo un acondicionamiento térmico excelente. Para lograr mantener la temperatura interior constante, disponer de una envolvente con gran masa térmica situada dentro del aislamiento sirve para conseguir almacenar la energía. De este modo, el calor se acumula durante los días más calurosos y es cedido al ambiente cuando se enfrían los cerramientos, durante las noches o incluso los días con menos radiación solar en los que la variación de temperatura es mucho menor apenas 2 °C después de varios días sin radiación solar directa. 

Es importante aislar correctamente las carpinterías ya que suponen durante el día y la principal fuente de captación solar, sin embargo por la noche se convierten en auténticos sumideros a través de los que se producen grandes pérdidas energéticas. Un doble acristalamiento o aislamientos móviles como pueden ser persianas, contraventanas, etc., evitan que las pérdidas sean tan elevadas. Si además de aplicar estas soluciones constructivas, las combinásemos con otras en las que la edificación estuviese enterrada o semienterrada conseguiríamos una amortiguación en la variación de las temperaturas. Estas soluciones son las más indicadas para mantener la temperatura constante y lograr un aislamiento excepcional, además de proteger a la vivienda de las inclemencias externas. Nunca se debe olvidar aislar convenientemente la solera de la edificación, especialmente en este tipo de edificaciones y en los lugares en los que tengamos un nivel freático alto.

CALOR DE VAPORIZACIÓN

Cuando un cuerpo pasa de estado liquido a gaseoso, necesita absorber una cantidad de calor, que adquiere de su entorno inmediato, enfriándolo. Por eso, los lugares donde hay agua están más frescos.

Las plantas están transpirando continuamente, eliminando agua en forma de vapor de agua lo que se traduce en que los espacios donde hay plantas estén más húmedos.

Calor de vaporización

Un ejemplo que puede servir para entender mejor este fenómeno sería el de un botijo, el agua permanece fresca a pesar de que haga calor, gracias a que el barro del que está fabricado es un material poroso y permite que atraviese el vapor de agua, por el fenómeno conocido como exhudación, la evaporación de parte del agua interior refresca la masa de agua del interior.Las partículas de agua con mayor inercia escapan del botijo, quedando en su interior las de una inercia más baja, reduciendo de este modo la temperatura media del agua que queda en el interior.

CONFORT TÉRMICO

Esta generalizada la idea de que nuestro confort térmico depende fundamentalmente de la temperatura del aire que nos rodea, siendo una idea errónea, que aclararé a continuación.

La temperatura del cuerpo humano es de una media de 37°C, debiendo mantenerse constante continuamente. Para lograrlo se deben realizar intercambios de calor con el medio que le rodea, estos intercambios se realizan en su mayor parte a través de la piel. Decimos que existe una situación de confort térmico cuando el intercambio de calor es estable, es decir, el calor que se pierde es equivalente al que se gana.

Controlar esa constante pérdida de calor y regular el ritmo al que se pierde, evitando por ejemplo que sea muy elevado, supone un aporte energético extra, para regular el balance entre las ganancias y las pérdidas se deben tener en cuenta los diferentes los factores de generación y pérdida de calor.

Si nos referimos a la generación de calor, hay que tener en cuenta que cada persona tiene un metabolismo específico que es determinante en la cantidad de calorías que se consumen a lo largo del día, cabe destacar que sin realizar ninguna actividad física, el cuerpo continúa generando calor y por consiguiente consumiendo calorías.

El cuerpo humano consume 70 Kcal/hora, sin embargo, durante la realización de actividad física o mental se aumenta la generación de calor pudiéndose consumir hasta 10 veces más en el caso de un ejercicio físico alto, pudiéndose alcanzar valores de 700 Kcal/hora.

Si hablamos de los factores que varían el ritmo de pérdida de calor, se debe considerar de nuevo la peculiaridad de cada individuo, el vello y el tejido adiposo (grasa acumulada) son “capas naturales” que reducen la pérdida de calor, sin embargo se puede hablar de una forma más genérica con respecto a la ropa. En el caso más concreto de la ropa de abrigo, al utilizarla se consigue una sensación de confort térmico debido a que se reducen las perdidas calóricas, manteniendo una capa entre la piel y el tejido que nos aísla térmicamente. Sirven pues para regular la temperatura de nuestro cuerpo y no consumen ningún tipo de energía.

INDUMENTARIA

Resistencia térmica de la ropa

m²·°C/W

Ropa tropical

0,045

Ropa ligera de verano

0,08

Ropa ligera de trabajo

0,11

Ropa interior para invierno

0,16

Ropa de vestir tradicional

0,23

Tabla: Resistencia térmica de la ropa. Fuente: Autor, según ISO 7730

En cuanto a la climatización del interior de la edificación debemos tener en cuenta los anteriores factores, buscando el equilibrio en el que está basado el confort térmico. Desgraciadamente es muy común encontrarnos en verano con locales en los que una elevada climatización, de manera contraria a lo que se pretende, perjudica el confort. Evitar sobredimensionar las instalaciones de climatización o utilizar sistemas de domótica, tal y como se explica más adelante, que regulen de manera automática la temperatura de un local, son algunas de las soluciones que se deben considerar. Hay que utilizar estos sistemas de manera razonable evitando así aumentar la demanda energética de nuestra edificación y el despilfarro de energía.

Una vez conocemos mejor el comportamiento del cuerpo humano térmicamente hablando, es necesario indagar en los distintos factores climáticos que componen en su globalidad lo que conocemos como el “clima de un local”. Teniendo en cuenta que cada persona es distinta y pueden existir diferencias según su capacidad de adaptación, se han estudiado los márgenes de confort medio para los distintos factores climáticos.

  • La temperatura del aire: se recomienda una temperatura media de entre 18 y 24°C, sin embargo, tal y como se ha explicado con anterioridad no es determinante. Puede variar según la ropa, la edad, etc.

Cabría destacar, refiriéndonos a temperatura del aire en el interior de un local, que es aconsejable que la temperatura de las paredes sea mayor que la del mismo. Una habitación que tenga una temperatura del aire de 20 °C y sus paredes a 16 °C tiene la misma sensación de confort que otra con una temperatura del aire de 12 °C y con las paredes a 24 °C.

Encontrarnos con este tipo de situaciones en las que la temperatura de las paredes, suelos o techos es mayor que la del aire suele ser característico de las edificaciones bioclimáticas, esto es debido a la temperatura de radiación. Podemos lograr esta situación utilizando por ejemplo muros de gran volumen, capaces de captar la radiación solar y transmitirla en forma de calor al interior del local, logrando de esta manera mejorar el confort aun existiendo una temperatura más baja en el interior.

  • La velocidad del aire: el movimiento del aire afecta de manera considerable la sensación de frío, debido a que aumenta las pérdidas de calor en nuestro organismo. Esto se debe principalmente a la alteración de la capa aislante de nuestra piel y a la estimulación de la evaporación del sudor, este es el mecanismo que utiliza nuestro cuerpo para regular la temperatura, si además le añadimos fluctuaciones en la intensidad del aire puede producir una mayor alteración en el confort.

La velocidad media del aire en el interior de un local debe rondar entre 0,1 y 0,3 m/s, dependiendo de la época del año, en las épocas más calurosas se puede aumentar dicha velocidad para mejorar así la refrigeración.

  • La humedad relativa: es un factor determinante en lo que se refiere al ritmo por el cual nuestro organismo elimina el calor, cuanto mayor es la humedad del aire, menor es la capacidad de transpiración del cuerpo. Esta sensación térmica es apreciable en las zonas próximas al mar, en las que durante el verano la humedad aumenta considerablemente la sensación de sofoco. Entendemos la  humedad relativa como el porcentaje de humedad que tiene el aire en relación a su máximo admisible.

Los porcentajes de humedad relativa deben oscilar entre el 30% y un máximo del 70%. El aire determina pues, la humedad relativa, ya que el máximo admisible de humedad está determinado por el mismo.

CONDICIONES

INVIERNO

VERANO

Temperatura del aire

18 – 21 grados

20 – 24 grados

Velocidad del aire

< 0,15 m/s

< 0,25 m/s

Humedad relativa

30 – 60%

40 – 70%

Resistencia térmica del vestido

0,16 m²·°C/W

0,08 m²·°C/W

Tabla: Condiciones recomendadas. Fuente: Autor, según UNE-EN ISO 7730

Además de tener en cuenta estos factores fundamentales a la hora de lograr el deseado confort térmico, se debe tener muy presente, el uso o actividad que se va a desarrollar en cada local, no es igual el consumo calórico que puede tener una persona que se encuentra en reposo que la misma persona caminando o trabajando. De modo que los locales en los que se realice una actividad física deberán estar a una temperatura más baja. Tanto el factor de uso y actividad, como el de densidad en la edificación, ambos contemplados en el RITE, deben tenerse muy presentes a la hora de dimensionar nuestras instalaciones.