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PRINCIPIOS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO: CLIMA
DESCRIPCIÓN
El clima se define como conjunto de las condiciones atmosféricas que caracterizan a
una región o zona geográfica. El conocimiento de las condiciones climáticas de una
zona es muy importante ya que éstas, que dependen de la localización en la
superficie terrestre, condicionan el comportamiento de las edificaciones y las
condiciones de confort en su interior.
PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS
ELEMENTOS DEL CLIMA
El clima depende de la combinación de diferentes elementos, factores y
condicionantes, que están en continuo cambio, afectando la variación de cada uno
de ellos al resto. Los cuatro parámetros climáticos críticos para la determinación de
estrategias de acondicionamiento en la edificación son: radiación, temperatura,
viento y humedad. Estos parámetros junto con los factores propios del medio son
determinantes para realizar un asentamiento adaptado al medio.
La evaluación de las características climáticas del lugar es el primer paso para la
realización de un diseño urbano o edificatorio bioclimático:
a) Soleamiento y radiación solar.
La radiación solar es un factor de gran importancia para el consumo energético de
los edificios. El soleamiento produce un aumento de la temperatura de las
superficies sobre las que incide. La radiación que incide sobre cualquier superficie
del edificio es parcialmente reflejada de nuevo hacia el exterior, parcialmente
absorbida y transformada en energía térmica y parcialmente transmitida hacia el
interior por huecos y ventanas. La energía absorbida y transmitida contribuye al
balance energético del edificio.
La radiación solar incidente sobre muros y huecos acristalados de los edificios
depende de los siguientes factores:
• Energía total incidente: puede obtenerse de una serie de datos de otros
estudios de la zona o puede ser medida directamente.
• Datos geométricos: orientación e inclinación.
• Presencia de obstáculos entre el Sol y la superficie de estudio. La
accesibilidad solar de una zona está condicionada, en el entorno urbano, por:
características topográficas, vegetación y edificios circundantes.
Para el cálculo de las horas exactas de sombreamiento de la radiación solar
directa sobre los edificios se usan los diagramas solares que consisten en
ilustraciones en dos dimensiones del movimiento solar en el cielo, representado
por una línea.
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Existen dos diagramas de uso común: diagrama cilíndrico y el estereográfico.
Ambos muestras los valores de altitud solar (ángulo de elevación respecto a la
horizontal) y azimut solares (ángulo positivo o negativo de desviación respecto al
Sur), cada uno proyectado de forma diferente.
b) Datos térmicos: temperatura y humedad
La temperatura es un factor fundamental en el diseño bioclimático, ya que la
diferencia de temperaturas entre la edificación y su entorno origina las
transferencias de calor y las consiguientes demandas energéticas para
climatización influyendo sobre el confort. La humedad de saturación es función
directa de la temperatura, de forma que a mayor temperatura de una masa de
aire, esta humedad de saturación es mayor.
Para establecer la aproximación de las temperaturas y humedades exteriores a
condiciones de confort para el ser humano se analizarán los datos térmicos, por
ejemplo, a través de la utilización de alguno de los climogramas bioclimáticos
existentes (Olgyay, Givoni). En función de la combinación entre temperaturas y
humedades, se establecerán las estrategias prioritarias a ser desarrolladas
(calefacción, refrigeración, ventilación, etc) adecuadas, tanto para invierno como
verano, para el diseño de viviendas y edificios.
c) Viento
El factor primario productor del viento es la existencia de masas de aire a
diferente temperatura y presión por efecto de la radiación solar. Las dos variables
principales que lo definen son dirección y velocidad.
El viento es un factor muy importante
edificaciones. Por un lado, la velocidad
variaciones de temperatura (modificación
viento modifica el porcentaje de humedad
de los procesos evaporativos.
a tener en cuenta en el diseño de
y sentido del viento influyen en las
del gradiente térmico), y por otro, el
ambiental a través de su movimiento y
El régimen de vientos determina diferentes estrategias en el diseño y construcción
de edificios, con lo que es necesario el análisis de vientos dominantes para valorar
los obstáculos, el tipo de superficie por la que discurren y las modificaciones que
pueden producirse en el entorno urbano en función de la densidad edificatoria.
FACTORES DEL CLIMA
Las condiciones que determinan el clima general de una región están asociadas,
además de a las variables climáticas, a una serie de factores propios del medio:
•
Latitud, determina la incidencia de los rayos solares sobre la tierra en un punto.
La incidencia de los rayos solares determina también la temperatura de la zona.
o
Latitudes bajas: los rayos solares inciden de una forma muy uniforme y muy
perpendicular en cualquier época del año.
o
Latitudes medias: tiene claramente diferenciadas las épocas de verano,
con días más largos y altas temperaturas provocadas por la inclinación de
los rayos solares.
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o
Latitudes altas: en invierno hay días y meses en que no amanece y en
verano días en los que no llega a anochecer, lo que no representa gran
cantidad de radiación solar ya que los rayos solares inciden con un ángulo
muy bajo.
•
Altitud: la variación de altitud produce variaciones en las temperaturas,
generalmente disminuye 1ºC por cada 180 metros. Los puntos elevados presentan
mayor exposición al viento y existen diferencias en la radiación incidente; al ser
menor la capa de aire atmosférico, aumenta el porcentaje de radiación directa.
Esto da lugar al clima de montaña, que es un clima frío independientemente de
la zona de la Tierra en la que se encuentre.
•
Presencia de barreras montañosas: alteran la circulación de los vientos pudiendo
provocar incluso microclimas distintos según la orientación y situación en unas u
otras laderas de la montaña.
•
Distribución de tierra y agua (factor de continentalidad): la radiación solar al
incidir sobre las masas de tierra o de mar las calienta acumulándose en ellas. Sin
embargo, no lo hace de la misma forma. En la tierra calienta intensamente las
capas superficiales pero no más allá de unos 20 m de profundidad. En el agua la
radiación solar calienta las capas más superficiales, y al ser un fluido, se produce
un movimiento en su masa equilibrándose constantemente su temperatura.
El resultado climático es que las localidades situadas en zonas continentales
tienen climas más extremos, más calientes durante el día y el verano, y más fríos
durante la noche y el invierno, mientras que las localidades situadas cerca del
mar o grandes masas de agua tienen un clima más suave y humedades más
elevadas que las del interior.
•
Naturaleza de la superficie de la Tierra: su color, composición y estructura
influye en su calentamiento. En superficies de tierra expuesta o edificadas, el
calentamiento y enfriamiento será intenso, la absorción de agua de lluvia será
lenta y las escorrentías superficiales alterarán su constitución. En zonas
cubiertas con vegetación, debido a su capacidad para mantener estable su
temperatura, las variaciones de temperatura día y noche serán mucho menores,
se producirá una absorción correcta del agua de lluvia para su acumulación en
acuíferos y masas de agua, habiendo así un equilibrio hídrico permanente.
•
Variables meteorológicas: están muy condicionadas por los factores geofísicos
locales del entorno. La precipitación incide en la forma y extensión de las
cubiertas, su grado de inclinación y materiales. Adicionalmente puede proveer
suministro de agua no potable para su reutilización, especialmente para riego y
limpieza. La nubosidad afecta a la radiación que incide sobre las viviendas y a los
sistemas solares de producción de energía.
ESCALAS DEL CLIMA
Se establecen tres niveles en el estudio y definición del clima:
1) Macroclima: producido como resultado de los gradientes continentales y los
cambios lentos en temperaturas y humedades debido a éstos. Los factores que
lo determinan son: latitud, altitud y grado de continentalidad.
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2) Mesoclima: se producen modificaciones debido a las características regionales
que influyen las oscilaciones térmicas.
3) Microclima: variaciones climáticas generadas por las características del
entorno cercano. Las condiciones ambientales, a parte del clima general de la
zona o región, pueden variar en función de diversos factores creando zonas
con comportamientos totalmente diferentes incluso a escasos kilómetros.
Los principales factores que inducen estas diferencias son la altitud, las masas
de agua y vegetación, la topografía y la actividad humana. Por ejemplo, las
ciudades presentan microclimas especiales debido, por un lado, a su
influencia sobre el viento y, por otro, al fenómeno conocido como “isla de
calor”, que aumenta la temperatura en la ciudad entre 1 y 2 ºC debido a
factores como el consumo energético, reducción del viento y la presencia de
materiales de alta densidad (asfaltos y hormigones).
Existen diferentes y variados sistemas de clasificación climática basadas en criterios
diferentes (Ej. Flohn, Budyko, Thornthwaite, Köppen). Sin embargo, para el análisis
energético de la edificación, se suele emplear una clasificación más sencilla,
propuesta por varios autores, que establece cuatro grandes grupos climáticos: climas
fríos, climas templados, climas cálidos secos y climas cálidos húmedos (Granados,
2006) (Tabla 1).
CLIMAS FRÍOS
CLIMAS TEMPLADOS
CLIMAS CÁLIDOS
SECOS
CLIMAS CÁLIDOS
HÚMEDOS
Parámetros
climáticos
Latitudes altas
con menor
radiación
aprovechable.
Latitudes medias, con
índices de radiación
aprovechables altos
durante el invierno.
Régimen de lluvias
variable (clima
mediterráneo escasas;
clima continental
frecuentes)
Radiación alta.
Regiones áridas con
fuertes oscilaciones
térmicas entre el día
y la noche.
Regiones tropicales y
costeras. Débiles
oscilaciones térmicas
entre el día y la noche.
Alta humedad ambiental.
Variaciones de
temperaturas a lo largo
del año escasas.
Invierno
Fríos y largos
con nevadas
abundantes.
Temperaturas
menores a 0ºC
durante
periodos largos
Moderadamente fríos.
Temperaturas menores
a 0ºC de forma
esporádica. Nevadas
puntuales
Suaves con
temperaturas de 12 a
22ºC. Ausencia de
precipitaciones o muy
reducidas.
Primavera Otoño
Lluvias
frecuentes
Periodos de confort.
Lluvias frecuentes
Temperaturas
confortables
Altas temperaturas.
Puede ser cálido y
húmedo o cálido y seco
según su
continentalidad y
proximidad a masas de
agua
Verano
Extremadamente
calurosos, con
humedades muy bajas
y vientos refrescantes
muy escasos
Extremadamente calurosos
con humedades muy altas.
Tabla 1. Tipos de climas para el análisis energético de la edificación (Fuente: Elaboración
propia a partir de Granados, 2006)
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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN
La edificación y el clima están estrechamente interrelacionados: el clima condiciona
la selección del emplazamiento, forma del edificio, tipo de arquitectura, sistemas
constructivos y tratamiento de espacios exteriores y superficies, mientras que los
edificios pueden crear condiciones de microclima. Así que uno de los aspectos
previos a considerar en cualquier diseño arquitectónico debe ser el clima del lugar
donde se va a situar el edificio.
Las construcciones tradicionales de cada zona suelen presentar las características
óptimas de adaptación al clima, si bien actualmente deben tenerse en cuenta
también los avances tecnológicos que supongan una mejora en dichas características
en relación a los actuales requerimientos de habitabilidad. En la mayoría de los casos
no es posible elegir una localización óptima para los edificios, con lo cual es
necesario conocer las ventajas y desventajas de los factores climáticos en la
localización del edificio.
Las características de los grandes grupos climáticos expuestos anteriormente, han
configurado unas formas arquitectónicas autóctonas propias de cada situación
geográfica:
1. Climas de latitudes bajas: Arquitectura de los climas cálidos y secos
Estos climas son extremadamente secos, con escasa vegetación y gran aridez. La
irradiancia es muy elevada ya que la radiación solar incide de modo muy
perpendicular durante la mayor parte del año, y por lo tanto, las temperaturas
que se alcanzan son muy elevadas. Existen grandes contrastes de temperatura
entre el día y la noche, lo que impide la disipación de calor por convección
durante el día y provoca un gran enfriamiento durante la noche. Las pérdidas de
calor por evaporación son muy altas debido a las humedades muy bajas del
ambiente de estas zonas.
La arquitectura tradicional en estas zonas se basa en cuatro estrategias básicas:
protección de la radiación solar para evitar el calentamiento de los edificios;
incorporación de alta inercia térmica, enfriamiento evaporativo y enfriamiento
radiante. Algunas de las técnicas y soluciones arquitectónicas más empleadas en
estos climas son:
•
Arquitectura masiva con mucha inercia. Se minimiza la superficie de la
envolvente del edificio para reducir las transferencias de calor con el
exterior. También se busca una alta inercia para atenuar los posibles picos
de temperatura en las horas centrales del día, con materiales como piedra
o adobe.
•
Construcción enterrada o semienterrada aprovechando la inercia del
terreno (mayor inercia y menor dependencia cíclica del clima).
•
Edificación compacta protegida de los vientos diurnos con acabados claros
para reflejar la luz y la radiación solar.
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•
Huecos pequeños para evitar que penetre la radiación y el viento. Las
puertas y ventanas deben abrirse por la noche para refrescar la propia
masa del edificio.
•
Patios húmedos interiores, propios de la arquitectura árabe, para acumular
el aire fresco nocturno. Fuentes y vegetación para provocar enfriamiento
evaporativo.
2. Climas de latitudes bajas: Arquitectura de los climas cálidos y húmedos
Radiación solar, temperaturas y humedad muy elevadas, aumentando la sensación
térmica de calor, con escasas oscilaciones de temperaturas entre el día y la
noche. Las pérdidas del edificio son prácticamente nulas a lo largo de todo el día.
No existe la posibilidad de aprovechar el enfriamiento evaporativo debido a la
elevada humedad relativa.
En estos climas se debe propiciar la construcción de edificios que mejoren los
intercambios entre el edificio y el entorno, por ello la arquitectura tradicional se
basa en dos estrategias: la protección de la radiación solar para evitar el
sobrecalentamiento interior, y la ventilación para evitar la sobrehumectación
interior. Algunas de las técnicas y soluciones arquitectónicas más empleadas en
estos climas son:
•
Arquitectura ligera, sin inercia. La inercia térmica no es esencial, ya que la
temperatura ambiente se mantiene casi constante durante todo el día.
•
Edificios elevados del terreno, protegidos de la radiación solar, con una
disposición que evita la humectación adicional, con grandes huecos y con
cerramientos muy permeables.
3. Climas de latitudes medias: Arquitectura de los climas templados
La altura solar máxima resulta muy variables a lo largo del año, bastante elevada
en verano y pequeña en invierno, dando lugar a dos estaciones térmicas muy
diferenciadas: verano (cálido a muy caluroso) e invierno (fresco a muy frío). El
régimen de lluvias es también variable. Debido a estas variaciones climáticas
entre distintas épocas del año, hay que considerar características arquitectónicas
variables a lo largo del año.
La arquitectura tradicional en estas zonas se basa en cinco estrategias básicas:
flexibilidad ante la radiación solar (captación/protección); flexibilidad en el
diseño de los cerramientos (masa térmica/aislamiento térmico, para estabilizar
las temperaturas en verano y proteger las pérdidas de calor en invierno);
enfriamiento evaporativo; enfriamiento radiante; y ventilación. Existen una gran
variedad de técnicas arquitectónicas para este clima debido a la gran variabilidad
climática a lo largo del año y entre distintos puntos geográficos:
•
Edificación compacta, semienterrada, con buen aislamiento térmico que se
adapta a las exigencias climáticas estacionales mediante dispositivos
móviles (contraventanas, toldos, persianas, etc.), y fijos (voladizos,
espacios tampón, etc.)
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•
Precisa ventilación y radiación, pero en ciertas épocas se protegen de ella.
4. Climas de latitudes altas: Arquitectura de los climas fríos
La radiación solar recibida es muy escasa, con lo cual las estrategias de captación
solar son inútiles, y las temperaturas que se alcanzan en estas zonas son muy
bajas durante todo el año, incluso durante verano. La humedad, en general alta,
provoca un incremento de la sensación de frío. Debido a estas bajas temperaturas,
las pérdidas por convección en estos climas son elevadas, por lo que debe
reducirse al máximo el intercambio entre los ambientes interiores y exteriores.
La arquitectura tradicional en estos climas se basa en tres estrategias básicas:
aislamiento térmico y conservación de la energía, empleo de materiales de
acabado interior de calentamiento lento y ventilación para eliminar el exceso de
humedad. Algunas de las técnicas y soluciones arquitectónicas más empleadas en
estos climas son:
•
Edificios semienterrados y con formas compactas que estén bien aislados
térmicamente.
•
Aberturas amplias protegidas del viento y las infiltraciones, con persianas
aisladas o dobles vidrios, para permitir el aprovechamiento de la radiación
solar.
5. Climas de montaña: Arquitectura de los climas fríos
Las temperaturas son bajas pero la radiación solar es elevada, por lo que en estos
climas es posible emplear estrategias de captación solar combinadas con el
aislamiento térmico adecuado.
La arquitectura de estas zonas se basa en tres estrategias básicas como son:
aislamiento térmico y conservación de la energía, inercia térmica y captación
solar. Al igual que en climas áridos, la minimización del factor de forma es clave
para evitar pérdidas, con la particularidad que en este caso los tejados deben
tener una cierta inclinación, suficiente para evacuar las cargas provocadas por la
nieve. Las ganancias solares deben ser aprovechadas de forma correcta, en
fachadas con suficiente acceso al Sol, minimizando en lo posible las aberturas en
fachadas sin suficiente soleamiento.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
En Neila (2004) se pueden encontrar diversos ejemplos de construcciones y viviendas
tradicionales, con descripciones constructivas y las estrategias bioclimáticas
empleadas, según los distintos tipos de clima.
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REFERENCIAS TÉCNICAS
Granados, H. (2006) Principios y estrategias del diseño bioclimático en la
arquitectura y el urbanismo. Eficiencia energética. Consejo Superior de los Colegios
de Arquitectos de España. 157 pp.
Neila, F.J. y C. Bedoya (2001) Técnicas arquitectónicas y constructivas de
acondicionamiento ambiental. Editorial Munilla-Lería, Madrid. 429 pp.
Neila, F.J. (2004) Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible. Editorial
Munilla-Lería, Madrid. 443 pp.
Turégano, J.A., M.C. Velasco y A. Martínez (editores) (2009) Arquitectura
bioclimáticas y urbanismo sostenibles. Servicio de Publicaciones, Universidad de
Zaragoza. 357 pp.
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