Las casas bioclimáticas son edificios energéticamente eficientes y de bajo coste que aprovechan el entorno natural (energía solar, eólica, geotérmica, materiales nuevos). Como resultado, servicios como la calefacción, refrigeración, ventilación, iluminación (etc.), se obtienen sin coste adicional.
Los estudios afirman que las casas bioclimáticas presentan beneficios energéticos de hasta un 80%, en comparación con los edificios más antiguos y/o convencionales. Estas casas se basan en un diseño bioclimático con el objetivo de proporcionar confort térmico y visual mediante el aprovechamiento de los fenómenos ambientales naturales.
La arquitectura bioclimática es uno de los elementos más importantes de la construcción ecológica, centrada en el control y la gestión de los parámetros ambientales de las unidades de construcción, realizando estudios según las siguientes direcciones:
- Estudio del entorno estructurado y de los problemas relevantes que surgen del diseño de los edificios.
- Estudio y selección final de los materiales de construcción.
En muchos países, el sector de la construcción es responsable de un gran porcentaje del consumo final de energía (térmica, eléctrica), por lo que, debido a su elevado coste, supone una carga para el propietario de la vivienda y un aumento de la contaminación del aire, principalmente, con dióxido de carbono (CO2). Sin embargo, las aplicaciones del diseño bioclimático se están extendiendo en todo el mundo.
Sistemas pasivos y activos
La energía solar se utiliza para la calefacción y la refrigeración de los edificios con el apoyo de dos sistemas tecnológicos: el pasivo y el activo. Sin embargo, en los últimos años el sistema híbrido es cada vez más popular.
Los sistemas pasivos aprovechan la energía solar sin recurrir a la alta tecnología ni a los medios mecánicos. La aplicación de estos sistemas se basa en el flujo natural de energía térmica, aprovechando todas las propiedades físicas de los materiales de construcción y utilizando los bloques del edificio (paredes, techos, tejado, suelos) para la captación de energía solar y el almacenamiento de calor. Los sistemas pasivos pueden dividirse en tres grandes categorías, según su objetivo y aplicación:
- Sistemas pasivos y técnicas de refrigeración física
- Sistemas y técnicas de iluminación natural
- Sistemas pasivos de calefacción solar
Por otro lado, los sistemas activos requieren el uso de medios mecánicos, desde los más sencillos hasta los de alta tecnología. Además, su uso requiere un complejo conjunto de mecanismos de captación, transporte y almacenamiento de calor, producto de la luz solar almacenada. En cualquier caso, para disfrutar de sus beneficios durante todo el año, estos sistemas deben combinarse en su funcionamiento.
Técnicas básicas de diseño bioclimático
Las técnicas de diseño bioclimático más populares se dividen en las siguientes categorías:
Orientación
Cuando se trata de energía, la optimización de una vivienda se consigue cuando se detectan pequeñas pérdidas de calor en invierno, mientras que la acumulación solar es la menor posible en verano. También hay que tener en cuenta que el microclima de cada lado del edificio también juega un papel importante.
La cara norte es la más fría, ya que no recibe luz solar directa, mientras que los vientos se dirigen hacia esa dirección durante el invierno. Las fachadas este y oeste reciben la misma cantidad de radiación solar, siendo la cara oeste la más cálida debido al sol y a las temperaturas del aire del meridiano. La cara sur es a la vez la más luminosa y la más cálida, recibiendo la radiación solar durante todo el día.
Sin embargo, las habitaciones con menos necesidades de temperatura deben situarse al norte, actuando como barrera a la pérdida de calor y regulando la interacción de las estancias calefactadas y el ambiente exterior. La orientación sur es la mejor para la disposición de los huecos en un edificio.
Ventilación
Un sistema de ventilación adecuado es clave para crear un entorno saludable. El sistema de ventilación contribuye a la introducción de aire fresco mediante la eliminación de los gases contaminantes y la humedad del interior. Al mismo tiempo, un buen sistema de ventilación también contribuye al ahorro de energía, ya que está ligado a la calefacción y al aire acondicionado de los locales del edificio.
La ventilación natural se consigue mediante las siguientes técnicas:
- Ventilación natural conseguida mediante un diseño más preciso de las aberturas en la envolvente y la mampostería interior. Las ranuras situadas en los tabiques superiores e inferiores de la pared interior permiten el paso y el movimiento del aire interior, así como la eliminación de la energía térmica acumulada.
- Ventilación híbrida (o ventiladores de techo). ES recomendable en los casos en que no hay una fuerte corriente de aire alrededor del edificio.
- Armazón ventilado. Se realiza un doble armazón en el techo o en las paredes exteriores del edificio donde se mueve el aire exterior.
- Chimeneas, cuya función es aprovechar el fenómeno de la atracción natural, generando así electricidad en el interior del local y transfiriendo el calor al edificio.
- Chimenea solar. Se utiliza para ventilar y eliminar la humedad del interior. ¿Cómo funciona? La alta temperatura del aire en el interior de la chimenea aumenta el efecto de atracción natural y, en consecuencia, el aire se refresca en el interior. Basándonos en este mecanismo, la unidad solar garantiza una renovación constante del aire interior, por lo que es adecuada para zonas con mucha humedad durante el verano.
Sombreado
El sombreado juega un papel importante en el diseño de un edificio. El propósito del sombreado es controlar la cantidad de radiación solar entrante desde las aberturas. La contribución del sombreado es grande, ya que ahorra una cantidad significativa de energía para la calefacción y la refrigeración del edificio, creando condiciones de confort térmico, a la vez que regula la intensidad y la calidad de la iluminación natural, reduciendo la probabilidad de desenfoque. El tipo y las dimensiones del sistema dependen de varios factores, como la orientación, la ubicación de las exposiciones y otros factores, como:
- Garantizar el funcionamiento de las aberturas
- Todos los efectos adversos del sistema en la apertura y en la zona protegida del sol
- La estabilidad, la durabilidad y la manipulación
- Coste inicial de construcción y mantenimiento
Los sistemas de protección solar se dividen en dos categorías: móviles y fijos. Por un lado, las persianas fijas tienen la forma de una prolongación del forjado, de salientes verticales y horizontales, pero también de una cubierta horizontal de hormigón y/o metálica a la altura de la ventana.
Por otro lado, las persianas móviles adoptan la forma de protecciones solares adicionales de materiales ligeros (aluminio, madera, metal, plástico) que pueden girar manual o automáticamente siguiendo la trayectoria del sol.
Además, los espacios verdes exteriores (árboles y vegetación baja) reducen significativamente la cantidad de luz solar que cae sobre el suelo, al tiempo que mejoran las condiciones de ventilación natural. De este modo, los espacios exteriores contribuyen a proporcionar un edificio que protege del sol.
Fuentes renovables
El diseño bioclimático está basado principalmente en fuentes de energía renovables, como la energía solar y eólica, la geotérmica y la biomasa. Las fuentes de energía renovables proporcionan al edificio electricidad, agua caliente y climatización eficientes.
Luz natural
La iluminación natural contribuye significativamente al confort visual del edificio, así como al ahorro de electricidad. Por otro lado, y en sentido más amplio, la iluminación natural favorece las condiciones de vida dentro de los locales, combinando luz, vista, ventilación, utilización y regulación de la energía solar entrante. Para garantizar la comodidad visual, necesitamos utilizar la iluminación natural mediante los sistemas y técnicas más adecuados, que garanticen una cantidad adecuada de luz en el interior y una distribución uniforme. La adecuación y la distribución de la iluminación son producto de los elementos geométricos del espacio y de las aberturas, pero también de las características fotométricas de las superficies opacas, en color y textura, y de los acristalamientos, en fotoperiodo y reflectividad.
Techo verde
Los techos verdes son una de las técnicas preferidas en el diseño bioclimático. Un techo verde consiste en una capa de vegetación sobre un tejado plano. Esta cubierta puede ayudar a crear un efecto de refrigeración tanto alrededor del edificio como en su interior, proporcionando protección térmica tanto en verano como en invierno, ya que es un medio de aislamiento térmico. De hecho, en las grandes ciudades, durante el verano, la cobertura de del techo verde afecta al microclima, lo que supone una reducción del porcentaje de contaminantes atmosféricos tóxicos, así como del consumo energético.
Aislamiento-inercia térmica
El aislamiento y la inercia térmica contribuyen a la captación de calor en el interior del edificio, reduciendo así la pérdida de calor en invierno y la ganancia solar en verano. Además, se obtienen mayores niveles de inercia térmica, lo que significa una defensa particular del edificio contra los cambios de temperatura externos.
Un edificio bioclimático es ligeramente más caro que un edificio antiguo o convencional. Sin embargo, el ahorro de energía aporta múltiples beneficios en comparación con el coste inicial del edificio a largo plazo. Por tanto, las ventajas de este tipo de diseño son tanto energéticos como económicos y medioambientales.
Un viaje por el tiempo
Las casas bioclimáticas no son un invento del siglo XX o XXI. Hay indicios de la existencia de casas bioclimáticas ya en los años 450-479 a.C. en la antigua Grecia. Un ejemplo típico es la Casa Solar del filósofo Sócrates.
Por lo tanto, se deduce que desde esa época había un gran interés por la arquitectura bioclimática, con el fin de proteger el edificio del frío durante el invierno, así como de la ventilación natural durante el verano. En concreto, los antiguos griegos se preocupaban en construir el muro norte del edificio más grueso que los demás muros, prefiriendo las entradas al este o al sur. Además, los antiguos arquitectos también daban gran importancia a la plantación de árboles y plantas para garantizar el sombreado necesario.