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.

APROVECHAMIENTO CLIMÁTICO DEL SUELO

Tal y como hemos visto anteriormente el suelo tiene una gran inercia térmica, esto se traduce en que la temperatura de su interior a una determinada profundidad sea constante a lo largo de todo el año, un ejemplo donde se puede apreciar este fenómeno es en las cuevas. La temperatura del suelo siempre va a ser más baja que la temperatura ambiente en verano y más alta en invierno, sin embargo dependiendo de la profundidad y de la composición del mismo esta amortiguación de la temperatura puede ser de mayor o menor magnitud.

Aprovechamiento suelo

Imagen: Ejemplo de aprovechamiento de la inercia térmica del suelo. Fuente: vilssa.com 

Esta variación de la temperatura debido a la inercia térmica del terreno se puede apreciar en los locales inferiores de las edificaciones, en los sótanos por ejemplo la temperatura durante el verano es considerablemente más baja que en el exterior, sin embargo la humedad relativa es mucho mayor, así como la escasez de luz natural. Estos serían los dos grandes inconvenientes para realizar edificaciones totalmente enterradas.

Pese a las desventajas, esto no quiere decir que no sea factible.  Se pueden utilizar sistemas semienterrados en los que mediante una pendiente orientada al sur se permita mantener la fachada norte semienterrada o completamente enterrada. Añadiendo sistemas de ventilación adecuados y una superficie acristalada en la fachada sur podríamos conseguir la iluminación deseada y reducir la humedad.

A la hora de aplicar este principio podemos optar por diferentes soluciones constructivas que nos aporten una mejora en la eficiencia de nuestro edificio. Podemos enterrar parcialmente los cerramientos que no tengan suficiente radiación solar o colocar una capa de tierra sobre la cubierta que aportará un extra de aislamiento, esta sobrecarga deberá contemplarse en el dimensionamiento de la estructura.

PÉRDIDAS DE CALOR EN LA EDIFICACIÓN

Como hemos visto, en una edificación se producen pérdidas de calor de diversas maneras. El calor se acumula en los cerramientos por radiación y discurre por el interior por convección. Reiterando el concepto, el calor tiende a escapar de la edificación es por ésta razón por la que se debe impedir su salida mediante los aislamientos térmicos. Sin embargo hay pérdidas insalvables, algunas de ellas evitables provocadas por filtraciones en los puentes térmicos, por conducción a través de los distintos paramentos o inevitables como las producidas durante la renovación del aire, siendo esta ultima necesaria para dotar de mayor salubridad al interior de la edificación. Dotar a la edificación de una correcta ventilación y así lograr una renovación del aire adecuada, es necesario y exigido por normativa.

Los puentes térmicos se producen en los puntos de refuerzo o en las juntas de los cerramientos generalmente cuando existe una discontinuidad en el material que los conforma, en los que su colocación o su forma varían, lo que supone una discontinuidad en la capa aislante. Se deben tratar como puntos singulares. Pueden existir puentes térmicos en cualquier elemento constructivo en contacto con el exterior por el que se pierda energía, por ello trataremos de reducir la superficie de los cerramientos en contacto con el exterior sobre todo de los que no reciban demasiada radiación solar.

Habría que hacer especial hincapié en el caso de las cubiertas, tras realizar estudios de termografía se ha comprobado que es junto con las carpinterías donde se producen las mayores pérdidas energéticas en la edificación. Si en los sumideros o en las juntas de dilatación no está bien colocado el aislamiento se producen filtraciones y éstas generan patologías, además de permitir que escape el calor.

Como se ha mencionado al inicio, para que una edificación sea salubre requiere un ritmo adecuado de renovación del aire interior. Para renovarlo se necesita aire del exterior que se encuentra a una temperatura distinta a la del aire interior de nuestra edificación, lo que dependiendo de la época del año se traduce en pérdidas o ganancias caloríficas.

Una solución para evitar estos problemas es conseguir que la temperatura del aire que utilicemos para la ventilación sea constante, para lograrlo se pueden utilizar sistemas en los que teniendo en cuenta la dirección de los vientos dominantes, se recoja ese aire e impulsándolo a través de tubos enterrados por los que discurre el aire de renovación lleguen hasta la edificación. De este modo reducirán o aumentarán la temperatura gracias a la inercia térmica del terreno, que mantiene una temperatura constante durante todo el año. Este sistema geotérmico de tubos refrigerantes, en combinación con la chimenea solar genera un acondicionamiento natural excelente, siendo recomendable si se va a ejecutar en edificios de dimensiones considerables utilizar un ventilador que favorezca el movimiento del aire combinado con un sistema de domótica que controle el correcto funcionamiento o detecte posibles inconvenientes. La entrada del aire debe estar cubierta para evitar la entrada de insectos.

En el caso de no utilizarse este tipo de sistemas, para lograr una ventilación adecuada, desde el punto de vista energético, debe existir un equilibrio entre la ventilación que se requiere y las pérdidas admisibles.

Perdidas

Imagen: Porcentaje de pérdidas de calor en una vivienda. Fuente: todochimeneas.com

En la climatización tradicional el aire de un edificio se renueva completamente cada hora, pudiendo reducirse esa cantidad para evitar pérdidas de calor, sin embargo, aunque se reduzca al mínimo la ventilación o se utilicen estos sistemas, en las carpinterías las pérdidas de calor se incrementan cuando se producen vientos fríos, si hay una baja estanqueidad se producirán infiltraciones, el punto donde suelen producirse las mayores pérdidas suelen serlas cajas de las persianas. Se debe procurar utilizar aquellas que incorporen rotura de puente térmico y además asegurar una correcta ejecución de las juntas de cierre.

Es aconsejable incluso la utilización de doble carpintería, por ejemplo para la puerta de entrada, utilizar dos puertas sin que se encuentren una enfrente de la otra como un vestíbulo y en el caso de las ventanas, siempre y cuando la exterior tenga rotura de puente térmico y doble acristalamiento. En el caso de optar por utilizar un vestíbulo en la entrada sería aconsejable acristalarlo de manera que se genere una especie de invernadero o porche cubierto en el que se crea un clima intermedio entre la temperatura exterior y la interior. Otra solución que limita al mínimo el intercambio de aire con el exterior serían las puertas giratorias manuales, además no consumen energía.

Respecto a la exposición al viento, cuando la edificación tenga  una gran superficie de contacto con el exterior se produce un intercambio de calor mayor,  agravado por el fenómeno de convección forzada, el cual hace que los cerramientos exteriores pierdan calor a un ritmo mayor. Se debe tener en cuenta a la hora de realizar el diseño, reducir la superficie en contacto, enterrar o semienterrar la edificación y elegir la ubicación o utilizar barreras naturales como vegetación para lograr así que la resistencia que opone al viento el edificio sea menor. Otra solución es curvar la superficie de contacto de los cerramientos que estén orientados al norte para reducir el rozamiento o inclinar la cubierta hacia la dirección del viento de este modo los vientos se desplazan por encima.

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.