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Los materiales en la Arquitectura Bioclimática

Antes de nada y a modo de breve comentario, recordar que la arquitectura bioclimática es una arquitectura que diseña con el fin de conseguir unas condiciones de bienestar interior, aumentando notablemente el confort y la eficiencia energética de las edificaciones. Esto se consigue aprovechando las condiciones del entorno, donde el clima, el microclima, la orientación, los vientos, la humedad, las aguas subterráneas, las corrientes telúricas, los campos electromagnéticos y por supuesto una buena elección de materiales nos dan como resultado una solución particularizada consiguiendo una casa más integrada con el entorno, más agradable, económica y sobre todo sana.

La elección de los materiales pasa por todo un análisis, teniendo en cuenta, no solo su disposición sino su comportamiento y su ciclo completo de vida. Tanto desde el punto de vista económico, como desde el ecológico, es interesante saber cómo se desarrolla la vida de un material desde su origen como se produce, como vive, como muere y como se incorporan de nuevo a la naturaleza.

Con la propia arquitectura y sin necesidad de utilizar sistemas complejos, podemos conseguir un nivel de confort que en muchos lugares sería suficiente para mantener una temperatura confortable sin tener que usar fuentes de energía convencional, o preferiblemente alternativas.

La arquitectura bioclimática, como luego veremos no es solo gestión energética, sino que es un concepto más amplio y profundo que abarca desde el uso sostenible de los materiales al tratamiento del sol y el viento, pasando también por la integración medioambiental.

Los materiales, en la mencionada anteriormente arquitectura popular, debían responder de una forma muy evidente al uso sostenible de sus recursos, pero a su vez, de modo más sutil, debían servir para la correcta gestión de la energía, su captación acumulación y aprovechamiento, y para hacer más confortables y habitables los espacios interiores.

Allí donde los recursos son mínimos la arquitectura debe buscar en la imaginación y en la intuición, más que en la naturaleza, los medios materiales para realizarse. Por ejemplo, en Islandia donde falta la madera, los muros se hacen con bloques de pasto, aprovechando su ligereza como aislante; los “inuit” realizan sus iglús con el único material del que disponen, el hielo que les rodea, y de un modo tan eficaz que se acondicionan con la poca energía que proporciona una lamparilla de aceite y el calor del propio cuerpo; en el desierto, donde las tribus nómadas fabrican los tejidos de sus “jaimas” con la lana de sus cabras. En todos estos casos el uso de los materiales ha sido el resultado de la aplicación de los recursos más inmediatos de los que disponían para construir, pero nunca ha sido el motivo exclusivo ya que los materiales siempre han estado en sintonía con la gestión de la energía necesaria para el acondicionamiento.

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En este sentido podríamos decir que los materiales responden a tres situaciones posibles: climas favorables donde las condiciones exteriores ya respetan el bienestar, climas con condiciones extremas pero donde los recursos energéticos naturales permiten el acondicionamiento pasivo y climas donde lo anterior ya no es posible.

En España, el conjunto de climas y microclimas del que disfrutamos responden a la segunda de las situaciones. En este caso, para alcanzar las condiciones de bienestar es necesario aprovechar el calor que nos proporciona la radiación solar o el aire frío nocturno. Pero surge un problema, debido a que estos fenómenos son erráticos, irregulares en el tiempo, día-noche, verano-invierno, y se ven alterados ocasionalmente, días nublados, de lluvia, particularmente calurosos o fríos. Para alcanzar el aprovechamiento máximo es necesario acumular la energía que nos llega para distribuirla durante el resto de las horas del día. Y contado con que estos fenómenos en general son breves esa acumulación se debe hacer rápidamente: por ejemplo, en invierno podemos aprovechar la radiación solar en una fachada orientada al sur durante escasamente cuatro horas, y esa energía nos debe durar las veinte restantes.

Dicho esto, los materiales que configuren el edificio bioclimático deberán tener una gran capacidad para acumular la energía, calor o frío. Los materiales que más energía acumulan son los que mayor inercia tienen, es decir, los más densos y con mayor calor específico; entre estos se encuentran los metales, las piedras, las cerámicas y las tierras. Pero quizá lo más importante es que deben acumular esa energía rápidamente. Si lo hacen lentamente, la energía que pretendemos aprovechar permanecerá en el aire y se eliminara rápidamente con la ventilación, sin embargo, si se acumula en la construcción, en sus materiales, la podremos disfrutar durante mucho más tiempo conservándola en ellos, esta propiedad térmica es de crucial importancia, es por ello por lo que en las entradas o post siguientes se ha considerado de manera prioritaria.

Es importante saber que en los materiales, la propiedad física que nos indica la rapidez con la que estos se calientan es su difusividad térmica. Los materiales con altas difusividades térmicas son materiales de calentamiento rápido, mientras que los que tienen una difusividad térmica baja se calientan más lentamente. Los materiales de calentamiento más rápido son los metales, y en segundo lugar las piedras, tierras y cerámicas. Por su parte, los que más lentamente se calientan son las maderas. Los materiales de calentamiento rápido distribuyen la energía entre toda su masa con rapidez, ofreciendo una temperatura superficial baja; son materiales fríos al tacto. Mientras que los materiales de calentamiento lento dejan que la energía se acumule solo en la superficie; son los materiales cálidos al tacto.

Esto quiere decir que cuando queremos aprovechar la radiación solar no es suficiente con colocar gran cantidad de huecos acristalados orientados adecuadamente, sino que hay que construir interiormente el espacio con materiales que se calienten rápidamente y que se acumulen grandes cantidades de energía. Descartando los metales, por tratarse de materiales poco habituales como acabados interiores, los más adecuados son las piedras, tierras y cerámicas, es decir, lo que tradicionalmente se ha utilizado en los climas españoles. Por el contrario, los que resultan completamente inadecuados son las maderas, por ser materiales de calentamiento lento y con poquísima inercia térmica.

Hay una gran diversidad de opiniones en este tema, sobre todo respecto a la madera, pero lo que sí está claro es que la madera se utiliza en aquellos climas donde no es posible el calentamiento solar, por la escasa intensidad de la radiación solar o por las pocas horas de sol, y donde lo importante es la capacidad aislante del material, aspecto en el que la madera es mucho mejor que otros materiales. Por eso, en los países nórdicos, repletos de bosque, en los que durante el invierno reina la noche perpetua, y en los que cuando luce el sol lo hace débilmente, la madera es el material por excelencia.

De esto sacamos una conclusión importante, y es que generalmente, los materiales bioclimáticos, no son los mismos aquí que en otro lugar del mundo, hay que tener en cuenta varios factores, en los que se profundizará en los próximos capítulos.

En esos climas, donde no puede haber calentamiento pasivo, lo que debe hacer la arquitectura bioclimática es gestionar eficazmente el consumo de energía convencional, y eso se consigue con acabados de madera que, al no acumular calor, conforman espacios donde cualquier pequeña cantidad de energía convencional calienta el aire; el ejemplo perfecto es la sauna finlandesa.

En los climas donde las condiciones son tan benignas que no hace falta ninguna captación, ni ningún consumo de energía convencional, los materiales tienen menor importancia, ya que la estrategia bioclimática que predomina es la ventilación.

La bioconstrucción ofrece otra visión del empleo de los materiales, ésta es una rama del bioclimatísmo que hace particular hincapié en el espacio saludable y está vinculada a la geobiología y a la selección de materiales y sistemas constructivos sanos. No se preocupa tanto de otros aspectos bioclimáticos como el aprovechamiento y captación de energía pasiva.

En este punto es donde surge la disparidad entre la arquitectura bioclimática, en el sentido más amplio, y la bioconstrucción, no tanto por cuestiones básicas, sino por cuestiones de prioridad a la hora de tomar ciertas decisiones, más especificas.

Es importante comprender estas diferencias, para entender el buen uso de la madera; si en los edificios de alta eficiencia energética lo único que preocupa es la energía, sin dar mayor trascendencia al ambiente saludable, a la bioconstrucción básicamente le ocupa el ambiente sano. Por ello es tan frecuente ver como se promueven en estos edificios, el empleo de la madera como material estructural y de recubrimiento básico, sin dar importancia al aprovechamiento de la energía natural del sol o del viento.

Por último, la edificación sostenible contempla un uso racional de suelo, de los materiales, de la energía que consume, de la gran cantidad de agua que utiliza y una reducción de los residuos que genera.

Los materiales para una arquitectura bioclimática surgen debido a que la mayor parte de los edificios están construidos con materiales que respetan muy poco o nada el medio ambiente. Materiales altamente tóxicos, en cuanto a su fabricación y combustión. Otros materiales proceden de las pinturas y barnices que son productos derivados del petróleo y en cuyo origen se incluyen elementos volátiles tóxicos como el xileno, cetonas, toluenos, etc. Son materiales que requieren un alto consumo de combustibles fósiles para su producción, que además de ser cada vez más escasos y costosos, aumentan la contaminación porque en su combustión emiten grandes volúmenes de gases nocivos contaminantes.

Pero frente a este tipo de materiales existen alternativas, que pueden parecer más caras, pero cuyo uso a largo plazo resulta más rentable porque proporcionan un importante ahorro energético, con lo que se obtiene la construcción de viviendas de mayor calidad, y una calidad respetuosa con el medio ambiente.

También se elaboran materiales ecológicos a partir de escombros y de residuos sólidos industriales, que sustituyen el consumo creciente de materias primas, escasas o ubicadas en lugares distantes, reduciendo el incremento de costos y resultando más económicos que los materiales tradicionales de construcción. Podemos citar como ejemplo sistemas de ahorro de agua y autoabastecimiento con energía solar y/o eólica.

No obstante, de poco sirve utilizar materiales ecológicos si los edificios no están bien diseñados, fallando por ejemplo la orientación lo cual supondrían un gran gasto energético para calentar el ambiente, generalmente éste se hace mediante combustibles fósiles emitiendo diariamente grandes cantidades de CO₂ a la atmosfera.

Por lo tanto, se deben tener en cuenta tanto la respuesta deseada de los materiales que son más adecuados para cada caso concreto, como la zona climática y las diferentes consideraciones a la hora de realizar una edificación, no solo en la aplicación de sus sistemas constructivos sino durante su gestación y la posterior concepción del edificio en cuestión. Consideraciones previas, sistemas constructivos y características de los materiales que analizaremos más detenidamente en próximas entradas…

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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.

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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). 

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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.