Introducción a la Arquitectura Bioclimática
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Introducción
a la
Arquitectura Bioclimática
Introducción
a la
Arquitectura Bioclimática
Manuel Rodríguez Viqueira
Aníbal Figueroa Castrejón Víctor Fuentes Freixanet
Gloria Castorena Espinosa Verónica Huerta Velázquez José Roberto García Chávez
Fausto Rodríguez Manzo Luis Fernando Guerrero Baca
UNIVERSIDAD J/;l\ AUTO NOMA
METROPOUTANA
"'~ '''"'' '' "empo lzrapotzalro LIMUSA
Rodríguez, Manuel Introducción a la arquitectura bioc/imática / Manuel
Rodríguez Viqueira,coord. -- México : Limusa : Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, 2008. 208 p. : il., fot. ; 24 x 21 cm. ISBN: 978-968-18-6212-1 Rústica
1. Arquitectura bioclimática
LC: NA2542 Dewey: 729.28 - dc21
© UNIVERSIOAD AUTÓNOMA METROPOLITANA, UNIDAD AZCAPOTZALCO, 2001.
© COEDICIÓN UAM, UNIDAD AZCAPOTZALCO / EDITORIAL LIMUSA, 2001
LA PRESENTACIÓN Y DISPOSICIÓN EN CONJUNTO DE
INTRODUCCIÓN A LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
SON PROPIEDAD DEL EDITOR. NINGUNA PARTE DE ESTA OBRA PUEDE SER REPRODUCIDA O TRANSMITIDA, MEDIANTE NINGUN SISTEMA O MÉTODO, ELECTRÓNICO O MECÁNICO (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, LA GRABACIÓN O CUALQUIER SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN), SIN CONSENTIMIENTO POR ESCRITO DEL EDITOR.
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5512 2903 [email protected] .mx www.noriega.com.mx
CANIEM NuM. 121
HECHO EN MÉXICO ISBN-13: 978-968-18-6212-1
5.1
Presentación
Introducción
El clima y la arquitectura
Factores del clima
Elementos del clima Análisis e interpretación del clima Sistema de agrupación de ciudades para diseño bioclimático
Orientación y emplazamiento en la arquitectura Traza urbana y orientación La orientación de los edificios religiosos
Observación de la trayectoria solar Los antecedentes
Los observatorios Arquitectura para el seguimiento de la trayectoria solar Modelos y sistemas para la evaluación y verificación Modelos físicos de simulación de la trayectoria solar Modelos numéricos de simulación de la trayectoria solar
Contenido
7
9
11
47
Control solar en la arquitectura 65 Anteceden tes
Los dispositivos de control solar Horizontales Verticales Combinación Nuevos acristalamientos Otros elementos no arquitectónicos
La arquitectura de tierra La materia prima Extracción Transformación en material constructivo Sistemas constructivos Recursos formales Autoconstrucción y reparación Tradición constructiva viva Integración al paisaje natural y cultural Reciclaje y reintegración de la tierra a la naturaleza
La ventilación en la arquitectura Vientos generales Vientos locales
79
101
Turbulencia Necesidad de aire Viento y arquitectura Efecto de la vegetación en los edificios Viento indeseable Casos de estudio
La iluminación en la arquitectura 121 Principios y fundamentos básicos de la luz Propiedades de la luz natural, el sol y el espectro electromagnético El hojo humano. Visión y percepción Luz natural y visión. El color y su influencia Parámetros fotométricos utilizados en la iluminación El entorno lumínico y la percepción del usuario Tipos y fuentes de iluminación en las edificaciones Luz natural y su interacción en las edificaciones y el entorno urbano exterior Iluminación eléctrica y su integración con la luz natural en la arquitectura Experiencias de aplicación de la iluminación en la arquitectura
Colectores solares para calentamiento de agua doméstica 147 ¿Qué es un sistema de calentamiento solar? ¿Cómo funciona un colector solar? Factores climatológicos Superficies traslúcidas Características de la caja Características del absorbedor Características del termotanque Operación y mantenimiento Factibilidad económica
Normatividad energética en la arquitectura Antecedentes del consumo de energéticos Antecedentes de normatividad en los energéticos Factores que influyen en la demanda de petróleo Políticas internacionales sobre eficiencia energética El consumo de energía en México Las normas de eficiencia energética en México Normas relacionadas con el diseño térmico de los edificios Normas relacionadas con la iluminación
Confort acústico en la arquitectura El concepto de confort acústico ¿Qué es el confort acústico? Ambientes acústicos Indicadores del confort acústico Una propuesta de clasificación del confort acústico
Bibliografía
161
179
201
Presentación La c1enc1a y la tecnología a través de sus métodos y filosofía buscan la mejor
satisfacción a las necesidades del usuario. Los investigadores de la Universidad
Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco trabajan y obtienen resultados vincula
dos directamente con la evolución de estos satisfactores. Este vínculo les permite,
a su vez, relacionarse con la sociedad y su cultura, y propiciar y enriquecer su
desarrollo.
En la UAM-Azcapotzalco, en 197 4, nace el Departamento de Medio Am
biente para el Diseño, el cual de manera muy comprometida destaca la búsqueda
de soluciones a las necesidades apremiantes de la sociedad en general, con respec
to al deterioro ambiental en la ciudad de México, en nuestro país y en el mundo.
Las primeras aportaciones de cursos extracurriculares, con profesores invitados
tanto nacionales como internacionales, dejaron la inquietud de nuevas expectati
vas en los participantes, muchos de ellos miembros de este Departamento, y que
con sus iniciativas, han ido generando resultados halagüeños, mismos que han
tenido diversas formas de difusión. Así, desde hace más de 25 años se han desarro
llado programas de investigación aplicada.
Las investigaciones actuales, con métodos y sistemas modernos para ge
nerar conocimientos científicos, son como organismos dinámicos: mientras están
vivos cambian de manera permanente. Lo anterior permite reflexionar sobre la
importancia de corregir algunos errores y el valor que representa evitarlos.
Ante las expectativas de la sociedad actual por satisfacer sus necesidades
dentro de esquemas de desarrollo sustentable, es importante el conocimiento de
la arquitectura bioclimática como una de sus vías alternativas. Resulta indispen
sable el registro, la descripción y comprensión de los sucesos y procedimientos
para la producción de lenguajes y expresiones que crean las reglas de formación y
la cultura en este ámbito.
A principios de la década de los ochenta, el Departamento de Medio
Ambiente para el Diseño inicia la configuración de las bases para el desarrollo del
campo de estudio de la arquitectura bioclimática, a partir de las cuales generaría
dos espacios significativos dentro de la Universidad: los Cursos a Nivel Posgrado
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 8
y el Laboratorio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática. En torno a ambas
instancias se configura un grupo de investigadores con importante presencia
nacional e internacional. Parte de las actividades de estas personalidades han
conformado este texto, que hoy presentamos y que es producto de varios años de
esfuerzo.
La idea y el concepto de este libro es del doctor Manuel Rodríguez
Viqueira, quien desde hace algunos años ha impulsado el estudio y desarrollo de
un marco de referencia histórico, que permita enriquecer y construir una teoría en
el campo de la arquitectura bioclimática. Para ello, invitó a colaborar en esta
empresa a los miembros del grupo de investigadores que participan en el Labora
torio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática y quienes aportaron sus
conocimientos y experiencias a partir de sus especialidades: el maestro Aníbal
Figueroa Castrejón, en el campo de los colectores solares, el arquitecto Víctor
Fuentes Freixanet, en lo que se refiere al control solar y la ventilación en la
arquitectura, la arquitecta Gloria Castorena Espinosa, sobre climatología, el doc
tor Luis Fernando Guerrero Baca, en el tema de la arquitectura de tierra, el doctor
José Roberto García Chávez, en el ámbito de la iluminación, el arquitecto Fausto
Rodríguez Manzo, en acústica y la arquitecta Verónica Huerta Velázquez, sobre
normatividad.
El trabajo ha sido una labor de conjunto, sin embargo, se debe enfatizar la
función de editor del doctor Manuel Rodríguez Viqueira, y el apoyo en la revisión
de los textos del doctor Luis Fernando Guerrero Baca.
Juan Manuel Nuche Cabrera
Jefe del Departamento de
MedioAmbiente para el Diseño
Introducción
La arquitectura contemporánea busca cada vez con mayor ahínco responder a la
moda estética, sin considerar los conceptos más lógicos y simples que permiten lograr
un espacio vital. En la construcción de nuestras casas y edificios se ha olvidado tomar
en cuenta la ubicación del Sol, cómo iluminarlos, cómo ventilarlos adecuadamente,
cómo calentarlos cuando hace frío o refrescarlos en tiempo de calor. Se ha ignorado
también que responder a nuestras necesidades locales y específicas nos da identidad
como personas y como país.
El crecimiento desmedido de algunas ciudades en el siglo XX y una actitud
radical en el Movimiento Moderno trajeron como consecuencia la transformación de
la arquitectura, dándole un carácter especulativo y <..lejándola cada vez más de la
lógica constructiva, basada en la experiencia y el respeto al ambiente.
Tenemos una enorme tradición arquitectónica que no debemos desperdiciar.
Hay mucho que aprender de nuestra "arquitectura sin arquitectos", es decir, la simple
experiencia pragmática de ensayar formas, vanos, materiales y demás elementos
constructivos, hasta encontrar los más adecuados para una localidad y clima específico.
La casa que se construye en Monterrey debe ser distinta a la de Jalapa o San Cristóbal
de las Casas.
El progreso se ha vestido de concreto, vidrio y asfalto, en las zonas ricas, y de
cartón enchapopotado, láminas de asbesto y tabicón, en las áreas marginales, lo cual
provoca acabar con la vegetación, consumir energía de manera indiscriminada y con
taminar agua, aire y tierra.
La luz eléctrica y el aire acondicionado han servido de remedio para muchas
edificaciones pobremente diseñadas, sin reparar en el costo de operación, tanto mone
tario como ambiental, que esto representa, ni en los constantes e interminables gastos
de mantenimiento que generan los sistemas electromecánicos.
Es increíble descubrir grandes acristalamientos tipo invernadero en edificios
de Culiacán, Sinaloa, lugar cálido durante el año, que tienen que ser enfriados, en
forma permanente, con aire acondicionado, lo que ocasiona un enorme consumo
energético: sería más lógico hacer ventanas más pequeñas para iluminación, bien
orientadas y protegidas del sol.
En la Ciudad de México se encuentra la mayoría de las escuelas de formación
profesional que dan poca importancia a la respuesta de la arquitectura al medio físico;
también ahí se centraliza la toma de decisiones en el ámbito institucional, que ejercen
en general personas que carecen de asesoría calificada con respecto al medio físico y
al patrimonio histórico en el que se ubican las acciones de los diferentes organismos.
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica JO
El resultado de estas limitaciones es evidente en las unidades habitacionales
de interés social, en escuelas públicas, en sucursales bancarias y en hospitales del
sector salud, etcétera. Los diseños tipo que son emplazados indistintamente en cual
quier parte de la República mexicana.
En la actualidad se cuenta con nuevas herramientas de diseño, mejor tecnología
y maneras más rápidas de prever y evaluar el comportamiento de las edificaciones;
sin embargo, muchas de las soluciones técnicas a los problemas desarrollados en las
universidades y en otras instituciones de investigación son poco conocidas por la
sociedad.
Ante esta problemática, el grupo de profesores-investigadores que forman
parre del Laboratorio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática de la División
de Ciencias y Arres para el Diseño de la Universidad Autónoma Metropolitana
Azcapotzalco nos dimos a la tarea de estructurar un texto que diera a conocer los
avances de investigaciones desarrolladas desde hace más de 1 O años.
Aunque el campo de las publicaciones de temas ecológicos vinculadas con la
arquitectura abarca un horizonte amplio, en general se presentan dos circunstancias:
la mayoría de ellas contienen temas y problemáticas específicos, y suelen tener el
carácter de libros técnicos, algunos cercanos a la manualística.
La presente obra está planteada y estructurada de manera que abarca en un
solo volumen, los aspectos básicos desde diversas facetas de la arquitectura bio
climática, como son la orientación de los edificios, el asoleamiento, la ventilación, la
iluminación natural y artificial, el control solar, los calentadores solares, la arquitec
tura de tierra, la normatividad aplicable y la acústica arquitectónica.
Además de ser un manual de aplicación directa, se trata de un texto que tiene
como objetivo establecer un marco teórico que sirva de base a la docencia, diseño,
construcción e investigación de la arquitectura bioclimática.
Consideramos que esta disciplina tiene que enriquecerse y ampliar sus hori
zontes para resolver problemas técnicos de menor escala, pero sin perder de vista la
dimensión del medio.
Deben valorarse los espacios exteriores que tanta importancia tuvieron en el
pasado. El espacio viral no es sólo aquel que está limitado por muros, son también
aquéllos como la calle, la plaza, el parque, etcétera. Por ello, diseñemos el paisaje que
nos rodea para que complemente y beneficie a los espacios cerrados. En la actualidad
tenemos muchas herramientas para analizar, diseñar y evaluar la arquitectura. Es
preciso un cambio de actitud, ya que en la arquitectura como en la medicina es más
fácil y económico prevenir que corregir.
Es necesario aprender a ver la arquitectura no sólo como los muros, las
fachadas o la cubierta, sino también como el espacio viral que fluye a través de ellos
y a su alrededor. Para habitarla no basta que sea sólida y económica, debe ser saludable
y agradable, responder al clima y sintetizar la experiencia constructiva de las
generaciones que nos precedieron.
El clima y la arquitectura
1 Ellworth Huntintong. The Human Habitat. N.Y.,Van Nostrand Co. Princeton, 1927.
2 Victor Olgyay, Arquitectura y Clima., Manual de Diseño Bioclimático para arquitectos y Urbanistas, Barcelona, España, G.G., 1998.
3 Diccionario Enciclopédico Espasa 2000. España, Espasa Calpe,2000.
El clima caracteriza e identifica a una región por el comportamiento de sus
componentes y sus variables atmosféricas; esto da lugar a un estilo de vida con
características físicas y psicológicas muy particulares en el hombre, que lo
distinguen por raza. Algunos autores afirman que "el tipo de clima, junto con la
herencia racial y el desarrollo cultural, constituyen uno de los tres principales
factores que determinan las condiciones de la civilización" . 1
A lo largo de las distintas culturas de la civilización humana, la arquitectura se ha
expresado como una respuesta al tiempo, a la cultura y a las condiciones físicas y
ambientales del sitio en el cual se desarrolla, sin olvidar que "los efectos del me
dio ambiente inciden directamente tanto en la energía como en la salud del
hombre". 2
Esta relación directa de la energía humana y el medio, se puede encontrar
aún en las zonas rurales y en algunas ciudades que no han tenido grandes cambios.
Es la adecuación del hábitat y el ingenio humano lo que ha permitido que el
hombre habite todos y cada uno de los distintos climas de la tierra.
El clima es uno de los factores más importantes en el diseño. De las
condiciones atmosféricas de un lugar depende que la arquitectura sea de muros
pesados o ligeros, de cubiertas inclinadas o planas, de color oscuro o claro, con
grandes vanos o pequeñas ventanas, etcétera; donde la edificación será un elemento
protecror y regulador que rechace o transforme la acción de los elementos
ambientales naturales de un lugar.
El clima es el conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan a
una zona geográfica. 3 Se puede considerar que al promediar lecturas de los
diferentes elementos del clima durante periodos largos (más de 20 años) estas
magnitudes son los valores normales de temperatura, humedad, presión, 11 uvia,
para una zona.
Debido a que es un ciclo dinámico, las condiciones ambientales están en
constante cambio, de un momento a otro y de un lugar a otro suelen variar; incluso,
dentro de una mínima área, es común encontrar diferencias significativas. Se
llamará tiempo a las condiciones reinantes en un momento determinado, que
como hemos visto suelen diferir de los valores normales.
Introducción a la Arquitectura Biociimática 14
El análisis de las condiciones climáticas con fines arquitectónicos se puede
realizar en dos niveles básicos: macroclimatológico o regional y microclima
tológico o local. Las condiciones macroclimatológicas son aquellas que caracterizan
al clima de una región; mientras que las condiciones microclimatológicas
caracterizan al clima de un lugar específico. Las variaciones climáticas que un
sitio puede tener a una escala pequeña de una gran región, es decir su microclima,
son determinantes para el emplazamiento arquitectónico.
Estos factores microclimatológicos pueden ser fácilmente modificados
por la arquitectura y el diseño de exteriores mediante edificaciones, movimientos
de tierra, cuerpos de agua o vegetación.
Factores del clima Los factores climáticos son las condiciones físicas que identifican a una reg10n o
un lugar en particular, y determinan su clima. Los principales factores son:
Latitud La latitud es la distancia angular de un punto sobre la superficie terrestre al ecuador;
se mide en grados, minutos y segundos. La importancia de este factor del clima es que
determina la incidencia de los rayos solares sobre la tierra en un punto determinado.
Dada la curvatura de la superficie terrestre y si se considera en teoría que
los rayos del sol viajan en una trayectoria paralela, éstos últimos inciden en una
distancia menor uno de otro en el ecuador, ya que llegan perpendiculares al plano;
mientras que en los polos la distancia existente entre un rayo y otro se incrementa
por la curvatura de la tierra hasta ser tangenciales en el punto norte y sur de los
polos. Este comportamiento provoca en parte la diferencia climática por radiación:
desde el ecuador a 0° de latitud a los trópicos zona cálida, de los trópicos 23° 27'
a 66º 33' de latitud determinan la zona templada y del 66º 33' al 90° de latitud
caracterizándose por las temperaturas más bajas, que ocasionan las zonas frías.
La incidencia de los rayos solares determina la temperatura, y depende de
las condiciones del cielo la cantidad de radiación que recibe un sitio en particular.
Por tanto, se definen los factores térmicos que condicionan la forma, color, textura,
proporción y relación de vanos y muros ciegos de la arquitectura.
La relación directa que existe entre la latitud y la trayectoria solar debe
considerarse como un factor primordial para el asoleamiento de muros, ventanas
y cubiertas. Además será determinante para la colocación de sistemas solares
tanto activos como pasivos, que incluyen invernaderos, colectores para agua,
fotoceldas, etcétera.
Altitud La altitud es la distancia vertical de un plano horizontal hasta el nivel del mar; se
mide en metros sobre el nivel medio del mar (msnm). Este factor determina el
4 Víctor Olgyay, op.cit.
15 El clima y la arquitectura
clima de un lugar, porque al aumentar la altitud desciende la temperatura de la
atmósfera. Por ello, los lugares más altos tienen menor temperatura que otros en
la misma latitud pero con menor altura. En términos generales, la temperatura
disminuye a razón de 0.56 grados centígrados por cada 100.6 metros de altitud en
verano y 122 metros de altitud en invierno. 4
La altura es un factor determinante para el diseño; en los lugares más
elevados las temperaturas son menores, esto origina una arquitectura de va
nos más pequeños y muros masivos. Cuando la altura aumenta aún más, la
arquitectura está obligada a proponer cubiertas inclinadas para evitar la acu
mulación de nieve y hielo.
Relieve
El relieve es la configuración superficial de la tierra. Este es otro factor clave para
el clima, ya que determina las corrientes de aire, la insolación de un lugar, su
vegetación, el contenido de humedad del aire, etcétera. Así, una superficie plana
tendrá una máxima exposición a la radiación solar y a los vientos del lugar; mientras
que un lugar con relieve de montaña genera dos zonas de asoleamiento dependiendo
de la orientación y la conformación de sus elevaciones, lo cual ocasionará dos
zonas de diferenre temperatura, dos zonas de exposición a los vientos y diferencias
de presión de aire; asimismo, la vegetación se verá afectada por la luz, la humedad
y el viento con la adaptación de especies para cada zona. Éstos son algunos de los
modificadores del relieve que pueden determinar en un mismo lugar dos
microclimas diferentes.
El relieve es un factor primordial en el estudio de un sitio, y debe incluir
aquellos factores de entorno, tanto natural como artificial que afecten al lugar
estudiado. Las condiciones propias del relieve pueden ocasionar incrementos de
viento, reducción de asoleamiento, ruido, entre otros que deben ser considerados
en cuenta en cada diseño.
Distribución de tierra y agua
La distribución de tierra y agua es la relación entre los cuerpos de agua y la tierra firme
de un lugar. El agua, debido a su gran capacidad de almacenamiento de energía,
es un elemento regulador del clima de importancia. Existen grandes masas de
agua como los océanos, los golfos, los lagos y lagunas que producen una sene
de fenómenos climatológicos característicos, tales como la brisa y la dis
minución de la oscilación térmica.
Los cuerpos de agua naturales, el mar, lagos, lagunas y ríos, requieren
condiciones de diseño muy particulares. Además de su atractivo visual,
debemos tomar en cuenta las brisas y otros movimientos de aire que tienen su origen
en la diferencia de temperaturas entre el agua y la tierra. Cualquier cuerpo de
agua incrementará la humedad del aire, lo que ocasionará una reducción de su
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 16
temperatura. Adicionalmente, es posible crear cuerpos de agua artificiales como
estanques, espejos de agua, fuentes y surtidores que pueden cambiar las
condiciones microclimatológicas de una edificación.
Corrientes marinas
Las corrientes marinas son el movimiento de traslación continuado y permanente
de las aguas del mar en una dirección determinada. Los orígenes de esto son el
movimiento de rotación de la tierra y la insolación sobre la superficie de la
tierra. Existen corrientes cálidas y frías, según su origen, que provienen ya sea
del ecuador o de los polos. Éstas tenderán a incrementar o disminuir tanto
temperatura como humedad del aire.
Cada día entendemos mejor la importancia de las corrientes marinas en
el clima, como es el caso del llamado fenómeno de "El Niño" que tiene su origen
en ellas y es el causante de severas sequías e inundaciones, así como de variaciones
enormes en los patrones "normales" del clima en grandes regiones del planeta.
Modificaciones al entorno
Dentro del proceso dinámico de transformación de la tierra existen dos tipos de
modificaciones que puede sufrir una zona: las que genera el hombre por su actividad
y las que tienen origen natural. Sin embargo, la acción del hombre en una región o
sitio se considera la más impactante de las modificaciones al entorno en el corto
plazo. La construcción de una ciudad, una presa, una planta nuclear, una mina a
cielo abierto, un aeropuerto, una autopista, etcétera, puede ocasionar variaciones
significativas sobre el clima y las especies de un lugar, al disminuir o aumentar la
temperatura o la humedad del aire, e incrementar los niveles de ruido y
contaminación de agua, suelo y aire. Estos cambios también son dinámicos y se
acentúan con las corrientes de aire producidas
por vehículos, por las modificaciones del relieve
y de los escurrimientos naturales de agua,
etcétera.
Sin embargo, no son éstas las únicas
causas o agentes que modifican al entorno. La
tierra, dentro de sus procesos dinámicos, presenta
de manera constante alteraciones o cambios en
su morfología, hidrología, topografía, etcétera.
El surgimiento de un volcán, el deslizamiento de
las capas superficiales a lo largo de las fallas
geológicas, la erosión eólica e hídrica natural,
generada por los diversos agentes del clima, son
algunos de los elementos más notorios. Si bien
ºC
30
25
20
15
10
5
Temperatura media mensual de julio de 2000, promedio 26.7° e
17 El clima y la arquitectura
éstos suceden en una escala de tiempo que es difícil de apreciar por los seres
humanos, es indudable que el planeta se altera permanentemente.
Estas modificaciones deben considerarse en el proceso de diseño, sobre
todo aquéllas generadas por el hombre, ya que ocurren con gran rapidez al modificar
sustancialmente el clima.
Elementos del clima Los elementos del clima son las propiedades físicas de la atmósfera. Estas
propiedades están en continuo cambio debido a que se inscriben en ciclos
dinámicos, donde la modificación de una variable afecta a las demás.
Hay gran cantidad de elementos del clima; los más importantes para el
análisis en el proceso de diseño arquitectónico son: temperatura, humedad,
precipitación, viento, presión atmosférica, nubosidad, radiación, visibilidad y
fenómenos especiales.
Temperatura
La temperatura es un parámetro que determina la transmisión de calor de un
cuerpo a otro en forma comparativa por medio de una escala. Se utilizan en
general tres tipos de escalas termométricas: los grados Centígrados, Kelvin y
Farenheit.
Escala
Ebullición del agua
Fusión o congelamiento del agua
ºC
100
o
ºK
373
273
ºF
212
32
Para convertir entre las distintas escalas se utilizan las siguientes fórmulas:
ºC = 519 (ºF - 32) ºF = 915 (ºC + 32 )
ºK = ºC + 273 ºC = ºK - 273
En los elementos del clima o parámetros climatológicos es común encontrar los
términos de temperatura media, máxima, máxima extrema, temperatura mínima
y temperatura mínima extrema. Estas lecturas existen generalmente en forma de
datos mensuales y anuales. Para que tengan validez se requiere que sean datos
"normalizados", es decir, promedios en un mínimo de 20 años de registro.
La temperatura media es el promedio de las temperaturas en un periodo
determinado de tiempo (diario, mensual o anual); es muy importante, ya que nos
permite evaluar la comodidad o confort térmico de los usuarios y será el límite
para los efectos de la masa en los muros. Así, una construcción enterrada a tres
metros o más tenderá a presentar en sus muros una temperatura igual a la media
anual.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 18
Las temperaturas máximas y mínimas son el promedio de las temperaturas
más altas y bajas, respectivamente, registradas en un periodo. Con estos parámetros
se obtiene la oscilación térmica que nos permite conocer qué tanto varía la
temperatura en un día, mes, estación o año, y con ello podemos prever el efecto
que la masa térmica y la ventilación pueden tener en el diseño de los espacios.
Las temperaturas máxima y mínima extrema son los registros máximos y
mínimos absolutos, respectivamente, registrados, y van asociados en general a la
fecha de registro. En términos de diseño estos datos no permiten conocer los
límites a los que se pueden enfrentar los habitantes de una región y, por tanto,
prever los sistemas de climatización natural o artificial que sean necesarios para
que se conserven las condiciones de habitabilidad al interior de los espacios. Al
ser situaciones extremas, no deben ser tomadas como la norma -sino como la
excepción- y considerar que en estas circunstancias la temperatura interior deberá
estar en índices tolerables.
Las temperaturas se miden por diversos aparatos llamados termómetros.
Existen varios tipos de termómetros, sin embargo los más usuales para fines
arquitectónicos son: de bulbo seco, de bulbo húmedo, de globo, de máximas y
mínimas.
El termómetro de bulbo seco es el más común de todos; es similar al
que se usa para conocer la temperatura del cuerpo, y consiste en un bulbo de
mercurio envuelto en una cápsula de vidrio al vacío. Sus escalas son variables;
y se usa para medir la temperatura del aire, que por lo general oscila entre los
extremos de -20ºC y +GOºC.
El termómetro de bulbo húmedo es similar al anterior, pero se expone al
aire con el bulbo de mercurio saturado de agua por medio de un lienzo húmedo.
Este termómetro sirve para medir la temperatura de saturación del aire, o sea la
temperatura en que se alcanza el punto de rocío o punto en el que se empieza a
condensar la humedad contenida en él.
El termómetro de globo es también similar al anterior pero su bulbo está en
vuelto en una cápsula negra absorbente. Este termómetro sirve para medir la
temperatura radiante media de un espacio, es decir la cantidad de energía calorífica
que recibe un punto (donde está el termómetro) por radiación de todas las superficies
que lo rodean, incluyendo pisos, muros, techos, aparatos, la bóveda celeste, etcétera.
Los termómetros de máximas y mínimas son dos termómetros que se
parecen al de bulbo seco, pero tienen un dispositivo por medio del cual uno de
ellos registra la lectura más alta que se presente y otro la más baja. Las temperatu
ras se revisan todos los días, se lleva un registro de las lecturas y se borran de los
termómetros las lecturas para un nuevo registro, siendo ésta la forma en que se
conocen las temperaturas máximas y las mínimas.
"El desarrollo de un equilibrio térmico estable en nuestro edificio debe
observarse como uno de los más valiosos avances en la evolución de la
5 Dr. Walter B. Cannon, citado por Baruch Givoni, Arquitectura y clima, Barcelona,Gustavo Gilí, 1998, p. 4.
19 El clima la
edificación. " 5 Es, sin duda, uno de los objetivos primordiales del espacio habi
table el proveer a sus ocupantes de una temperatura adecuada para el desarrollo
de las actividades específicas al que está destinado el inmueble. Por ello, el análisis
y comprensión de la temperatura de un lugar es fundamental para el diseño.
Humedad
La humedad es el contenido de agua en el aire. Existen diversas escalas para
medirla, pudiéndose expresar como humedad relativa o humedad absoluta.
La humedad relativa es la relación (expresada en porcentaje) de humedad
que contiene el aire y la cantidad de agua necesaria para saturar a éste a una
misma temperatura. Se llama relativa porque el aire tiene la característica de
poder retener mayor contenido de humedad a mayor temperatura. Ésta se mide
cuando se obtiene una relación entre el termómetro de bulbo seco y el de bulbo
húmedo o con un higrómetro.
La humedad relativa es una manifestación de energía del aire (calor
latente) relacionada de manera directa con la temperatura y puede afectar nuestra
percepción de confort. El manejo de la humedad en el diseño es una herramienta
básica de la climatización pasiva por su bajo costo y enorme efecto en los espacios.
El punto de rocío o temperatura de saturación es la temperatura a la que
el aire debe ser enfriado para que comience la condensación. Este dato es
importante, sobre todo cuando es posible que el punto de rocío se presente al
interior de un muro o cubierta, lo que ocasionará humedad que puede afectar a
numerosos materiales, tales como el yeso, la madera, el papel, etcétera.
Precipitación
Es agua procedente de la atmósfera que, en forma sólida o líquida, se deposita
sobre la superficie de la tierra. La precipitación puede ser sensible o insensible,
ya sea que tenga forma de lluvia, granizo, llovizna, nieve o rocío, bruma o
niebla.
La forma más común de precipitación es la pluvial, es decir, aquella que
llega a la superficie en gotas. Se mide en milímetros de precipitación pluvial en
un periodo determinado, donde un milímetro es un litro por metro cuadrado.
Estos datos también deben ser normalizados para ser válidos, debido a que de un
año a otro pueden existir grandes diferencias dependiendo de los fenómenos
especiales que se presenten. La precipitación se mide con un pluviómetro.
La precipitación incide en la forma y extensión de las cubiertas, su grado
de inclinación y materiales. Adicionalmente nos puede proveer de un suministro
de agua no potable que puede ser reutilizada para diferentes usos en los espacios,
en especial para riego y limpieza.
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 20
Viento
El viento se forma por corrientes de aire producidas en la atmósfera por causas
naturales. Se mide en la horizontal. El viento tiene diversos atributos que lo
caracterizan, como son dirección, frecuencia y velocidad.
El primero, la dirección, es la orientación de la que proviene el viento.
Por lo general, las corrientes sufren cambios constantes de dirección y periodos
de calma o nula actividad. Se entiende por dirección dominante aquella de
donde viene el viento con mayor frecuencia. Se mide con una veleta.
La frecuencia es el porcentaje en que se presentó el viento de cada una
de las orien raciones. Al sumar las frecuencias de todas las direcciones más los
porcentajes de calma debemos tener un 100%.
La velocidad del viento es la distancia recorrida por el flujo de viento
en una unidad de tiempo. En general estas unidades son km/h o m/seg. La
velocidad del viento se mide con un anemómetro.
Los datos de viento casi siempre se representan en forma de una rosa
de los vientos, que es un círculo que tiene marcados alrededor los rumbos en
que divide la vuelta de horizonte. Los rumbos se denominan de acuerdo con
su orientación como norte, norte-noreste, noreste, este-noreste, este, y sus
abreviaturas son N, NNE, NE, ENE, E.
El viento es otro parámetro de gran importancia para el diseño. En algunos
climas como los cálidos y húmedos es la principal forma de climatización. Su uso
adecuado puede provocar sensaciones agradables en espacios que de otro modo serían
inhabitables. El estudio del viento en la arquitectura se puede hacer por medio de
maquetas en túneles o cajas de viento. Es importante visualizar los patrones y
obstáculos a los que se enfrenta el viento, ya que se comporta como un fluido muy
sensible a los objetos en su camino que fácilmente se puede volver turbulento.
Presión atmosférica
El aire como roda la materia tiene un peso propio de 1293 g por litro a nivel
del mar, que está determinado por su masa y la acción de la fuerza de
gravedad que ejerce la tierra.
La presión atmosférica se define como el peso del aire por unidad de
superficie, expresada en unidades de presión llamadas milibares, en donde un 2
milibar es equivalente a 1000 din/cm .
Para su medición se utilizan aparatos denominados barómetros, los cuales
pueden ser de dos tipos: el barómetro de mercurio, cuyo principio de funcionamiento
se basa en el experimento de Torricelli, y el barómetro aneroide o sin líquido,
el cual requiere para su utilización ser regulado por medio de un alrímetro.
Las diferencias de presión atmosférica dependen de la temperatura del
aire y de la altitud del lugar. Así, bajas temperaturas conducen a altas presiones,
21 El clima y la arquitectura
ya que mientras más frío sea el ambiente, más denso es el aire, mientras que
temperaturas altas conllevan a bajas presiones, dado el comportamiento dinámico
de sus moléculas en expansión.
Con la altitud ocurre el mismo efecto que con la temperatura, en donde a
mayor altitud menor presión atmosférica y a menor altitud mayor presión, ya que
un número mayor de capas atmosférica ejercen su peso. De este comportamiento
se puede dar como referencia la disminución de 1 mm de mercurio por cada 1 O
metros de altitud sobre el nivel medio del mar. Como resultado de lo antes descrito
se puede afirmar que la temperatura y la altitud son inversamente proporcionales
a la presión atmosférica. El resultado de las diferencias de presión atmosférica es
lo que origina los movimientos del aire.
Radiación
La radiación global es la cantidad total de energía solar que alcanza una fracción
de superficie terrestre en un plano horizontal. La radiación global se forma por
dos componentes, uno es la radiación directa (I) y la otra la radiación celeste (D).
La cantidad de radiación solar depende de la constante solar, de la latitud de la
localidad, del periodo estacional, de las panículas en suspensión en la atmósfera,
del albedo de la superficie terrestre y del clima.
La radiación solar (R= I + D) se mide con un aparato llamado piranómetro, y es
expresada en kwh/ m 2
•
Al ser la radiación solar la forma más abundante de energía disponible,
puede usarse para calentamiento del aire o del agua en formas sencillas y eficientes.
En los lugares con temperaturas elevadas, deberemos evitar que la radiación incida
en los espacios interiores y retardar su efecto sobre muros y cubiertas mediante
una adecuada selección de materiales y espesores de muros.
Nubosidad
La nubosidad está formada por un conjunto de partículas minúsculas de agua
líquida o hielo suspendidas en la atmósfera en forma de masa, cuyo color varía
según la luz solar.
Su origen es el resultado de dos aspectos: la condensación del vapor de agua
contenido en el aire hasta alcanzar su saturación, descendiendo la temperatura
hasta el punto de rocío; y la presencia de núcleos de condensación, que son
corpúsculos de origen mineral y orgánico alrededor de los cuales se realiza el
paso de vapor de agua líquida en forma de gotas. Son fuentes de estos núcleos el
polvo, originado por la erosión geográfica; los humos, resultado de la combustión
natural o derivada de procesos industriales; el polen y los cristales de la sal del
agua del mar.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 22
Aunque las nubes pueden considerarse entidades individuales por su
forma, textura, color y altitud, finalmente son parte del proceso dinámico del
comportamiento de la atmósfera. Sin embargo, para su estudio se clasifican de
manera individual de la siguiente manera.
Por su forma, pueden ser: estratiformes, compuestas por capas; pueden
llegar a producir altas precipitaciones, granizo o nieve; y las cuneiformes o nubes
globulares en forma de bolas de algodón, que producen precipitaciones en áreas
reducidas.
Por la altura, las nubes pueden ser: altas cuando su altitud es de más de 6
km; medias, cuando se encuentran entre los 2 y 6 km de altitud; bajas, si se ubican
por debajo de los 2 km de altitud y, por último, están las nubes de desarrollo
vertical, las cuales abarcan diferentes niveles de altitud, pues su desarrollo verti
cal es mayor que su extensión horizontal.
En general, las nubes se pueden clasificar en diez géneros y 15 especies, lo
que indica particularidades en la forma y estructura interna de las mismas.
La nubosidad se determina de acuerdo con la observación; se miden los
décimos de cielo cubierto por las nubes, se anota en los registros la clave del tipo
de nube, su altura, la dirección de movimiento, así como la cantidad de nubes que
se presentan de manera simultánea, en forma horaria, para determinar el estado
medio del cielo, que es de tres tipos de cielo: despejado o abierto (la nubosidad
no es mayor de 3/10 de cielo cubierto); medio nublado o medio cerrado (cuando
los valores se encuentran en el rango de 4110 a 7/10 de cielo cubierto), y cerrado o
cubierto (con valores mayores de 7/10 esto es cubierto de nubes).
La nubosidad es otro factor de diseño importante, toda vez que afecta la
radiación que incide en las superficies de una construcción y en los sistemas que
emplean radiación directa, tales como colectores y fotoceldas.
Visibilidad
Es la distancia de percepc1on visual que se alcanza dado el grado de pureza o
turbiedad del aire.
La claridad con que se determina visualmente un objeto depende del estado
de la atmósfera y de la cantidad de luz. La visibilidad de la atmósfera está en
función de la cantidad de partículas sólidas y líquidas que están en suspensión en
el aire, incluyendo los contaminantes ambientales naturales (polen, cenizas, humos
de la combustión natural, etcétera) y los artificiales (polución del aire producida
por la actividad humana).
La escala de apreciación de visibilidad es la siguiente:
O Niebla densa, en donde los objetos no son visibles a una distancia de 50 m.
1 Niebla compacta, cuando los objetos son visibles a 200 m.
6 Víctor Olgyay, op. cit. Aparece por primera vez el concepto de confort térmico y zona de confort en el libro.
23 El clima y la arquitectura
2 Niebla con muy mala visibilidad, cuando los objetos no son visibles a 500 m de distancia.
3 Mala visibilidad, en donde los objetos no son visibles a 1000 m.
4 Muy escasa visibilidad; a 2000 m de distancia los objetos no son advertidos visualmente.
5 Escasa visibilidad, cuando los objetos no son visibles a 4000 m de distancia.
6 Visibilidad moderada, cuando los objetos no son visibles a 10 000 m de distancia.
7 Buena visibilidad, cuando dejan de ser visibles los objetos a una distancia de 20 000 m.
8 Muy buena visibilidad, cuando se puede dejar de apreciar un objeto a 50 000 m de distancia.
9 Visibilidad excelente, cuando los objetos siguen siendo visibles a 50 000 m de distancia.
Análisis e interpretación del clima Existen diversas formas de analizar los parámetros climatológicos y sus
interrelaciones. Entre los más conocidos están los días grado y diferentes
clasificaciones climatológicas.
Días grado
Los días grado no son un elemento del clima que se calcule y registre en un
observatorio o estación meteorológica; sin embargo, con fines arquitectónicos y
de diseño resulta importante incluir su cálculo en los elementos del clima, ya que
estos valores determinan de manera simple los requerimientos de calentamiento
o enfriamiento de una localidad en forma mensual y anual, tomando como
parámetro el confort o bienestar del ser humano en relación con la temperatura
media de un sitio y el aclimatamiento del hombre, al vivir por un periodo de cinco
años aproximadamente en el sitio de estudio.
Para poder determinar los requerimiento de calentamiento, el bienestar
del hombre o los requerimientos de enfriamiento se utilizan en el ámbito univer
sal los siguientes rangos de temperatura:
La temperatura de confort universal propuesta por los hermanos Olgyay6
se encuentra desde los l 8ºC en el nivel inferior, hasta los 26ºC. A partir de este
rango de confort térmico se analiza la temperatura media mensual; si está dentro
de este rango no existe requerimiento alguno de calefacción o de enfriamiento, sin
embargo, cuando la temperatura media del mes está por debajo de los l 8ºC,
entonces hay un requerimiento de calefacción por los grados necesarios para
alcanzar la temperatura de los l 8ºC multiplicado por el número de días que tiene
el mes de la temperatura media que se analiza.
Si el caso es opuesto, entonces se tiene una temperatura media mensual
mayor al rango superior de la zona de confort universal que es 26ºC. Se consideran
los grados que sobrepasaron el rango de confort y se multiplican por el número de
días que tiene el mes que se está analizando.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 24
Cada mes se pueden determinar los requerimientos de calentamiento
expresados en días grado de calentamiento o bien los de enfriamiento, denominados
días grado de enfriamiento.
De acuerdo con lo propuesto por Szokolay7 , el análisis de los días grado
también se puede realizar de manera local, determinando la Zona de Confort
Térmico de un sitio en particular con la siguiente fórmula:
ZCT local = Tn + 2.5 ºC
En donde Tn corresponde a la Temperatura Neutra, la cual se obtiene con la
siguiente fórmula:
T n 17.6 + O. 31 Tempera tura media del mes más cálido
Bajo dichas propuestas, la zona de confort térmico local queda determinada con
un rango de cinco grados centígrados. Y a partir de estos parámetros numéricos
toda temperatura media que se esté arriba del rango superior tendrá requeri
mientos de enfriamiento, restando los grados que rebasaron el rango y
multiplicándolos por el número de días del mes que se analiza. Mientras que
toda temperatura media mensual que quede abajo del rango inferior de la zona
de confort térmico local tendrá requerimientos de calentamiento determinados
por los grados que faltan para llegar al límite inferior de la zona, multiplicados
por el número de días del mes analizado. Este cálculo considera que el ser hu
mano se ha aclimatado a las condiciones locales, por lo que los valores son
específicos para un sitio determinado.
Clasificación climatológica
Una clasificación climatológica es la agrupac1on de climas de acuerdo con
características atmosféricas similares. Existe gran cantidad de propuestas de cla
sificaciones climatológicas. Explicaremos la clasificación internacional de Ki::ippen,
modificada por Enriqueta García para la República mexicana, adoptada como
oficial, y la clasificación bioclimática, propuesta por el Grupo de Arquitectura
Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana, Azcapotzalco.
Ki::ippen, modificada por García
La clasificación internacional propuesta por Ki::ippen en 1936 tiene aceptac10n
internacional. Sin embargo, se basa en información climatológica esencial para la
agricultura en Europa. Es por ello que E. García la modifica en 1964 para que se
adaptara a los climas de la República mexicana. Esta clasificación considera cinco
grupos básicos, que son:
7 Steve Szokolay, Environmental Science Handbook, Lancanshire, Inglaterra, The Constructíon Press, 1980.
25 El clima y la arquitectura
A Tropical lluvioso
Af con lluvias todo el año Am húmedo con lluvias en verano Aw subhúmedo con lluvias en verano
B Seco
Bw Desértico Bs Estepario
e Templado lluvioso
Cf Húmedo con lluvias rodo el año
Cm Húmedo con lluvias en verano
Cw Subhúmedo con lluvias en verano
AC Transición
A (C) Semicálido del grupo A (A) C Semicálido del grupo C
Los climas antes mencionados son los que se presentan con mayor frecuencia en
la República mexicana, no obstante existen otros dos grupos de climas mucho más
fríos que son:
D
E Boreal
Frío Polar
Sistema de agrupac10n de ciudades para diseño bioclimático El objetivo fundamental de esta agrupación climatológica de localidades es
asociarla de acuerdo con sus requerimientos de diseño, ya que la clasificación
oficial está enfocada a la agricultura.
Se buscó un sistema para la agrupación de ciudades que permitiera
identificar con facilidad sus requerimientos bioclimáticos generales, ya que la
clasificación de Enriqueta García no es práctica para fines arquitectónicos porque
interrelaciona en una forma compleja al menos cuatro datos climatológicos. Por
ello es difícil que la puedan entender personas con pocos conocimientos de
climatología. Por otra parte, las agrupaciones derivadas de esta clasificación no
corresponden, en algunos casos, a los parámetros de confort, ni a las estrategias de
diseño arquitectónico.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 26
Sistema de agrupación bioclimática
Figueroa y Fuentes, del Grupo de Arquitectura Bioclimática de la UAM-A, 8 sobre
la base de las características del clima relacionadas al confort y a su clasificación
oficial, efectuaron diversos reordenamientos comparándolos en sus parámetros
básicos de confort humano. Estos parámetros son la temperatura y la humedad
relativa como han sido establecidos por diversos autores como Olgyay, Givoni y
Szokolay.
Para la República mexicana sólo los observatorios miden la humedad, y
ésta no está registrada de manera completa, pero sí existen datos de precipitación
pluvial total, la cual está estrechamente relacionada con la humedad. Si bien la
precipitación pluvial se ve afectada por otros factores como cuerpos de agua,
brisas, tipografía, vientos dominantes, vegetación, etcétera, es preferible disponer
de la información existente.
Para esta clasificación se utilizan como parámetros base la temperatura
promedio del mes más cálido y la precipitación pluvial anual. Ambos datos se
pueden obtener con facilidad para cualquier estación meteorológica, ofreciendo
un sistema consistente con el oficial y que a la vez se adapta a los rangos de confort
higrotérmico.
Se considera la temperatura promedio del mes más cálido para determi
nar los requerimientos de enfriamiento, confort o calefacción para el verano en
tres rangos:
Menores de 21 ºC para requerimientos de calefacción.
Entre 21 y 26º C para la zona de confort térmico.
Mayores de 26ºC para requerimientos de enfriamiento.
La precipitación pluvial anual se usa para determinar los grados de aridez o
humedad, en tres rangos:
Menores de 650 mm para climas secos.
Entre 650 y 1000 mm para confort higrométrico.
Mayores a 1000 mm para climas húmedos.
Con estos seis grupos se obtienen las zonas de los siguientes climas:
Menores de 650
Frío seco Templado seco Cálido seco
8 V. Fuentes, A. Figueroa, Criterios de adecuación Bioclimática, México, IMSS,1990.
27 El clima y la arquitectura
650mm
Frío Templado Cálido
1000 mm
Frío húmedo Templado húmedo Cálido húmedo
21 ºC 26 ºC
En esta clasificación se tiene una buena correspondencia con el sistema oficial de
clasificación climatológica de Koppen-García y con las estrategias de diseño
bioclimático.
Frío seco
En este clima se agrupan ciudades con requisitos de calefacción tanto en el verano
como en el invierno y poca precipitación pluvial todo el año, por ello, serán en
general climas Bs o Cw. Agrupando ciudades como Zacatecas, Pachuca, Actopan.
Fríos
Ciudades con requerimientos de calentamiento durante todo el año. Presentan una
precipitación pluvial media y con climas Cw, como Toluca, Apizaco y Chalco.
Fríos húmedos
Localidades que necesitan calefacción todo el año, con un régimen alto de precipitación
pluvial, generalmente climas Cw y Cf, como San Cristóbal de las Casas,
Amecameca, Desierto de los Leones ,Valle de Bravo.
Templado seco
Corresponde a localidades con confort en el verano y requerimientos de calefacción
en el invierno y poca precipitación anual. Son climas Bs como Saltillo, Durango,
Aguascalientes, León.
Templado
En este clima las ciudades presentan un confort higrotérmico en el verano con
requerimientos de calefacción sólo en invierno. Son climas Cw, (A)C como Irapuato,
Guadalajara, Guanajuato.
Templado húmedo
Corresponde a ciudades con un confort térmico en verano y requerimientos bajos
de calefacción en el invierno. Al ser húmedos presentan poca oscilación térmica
y una precipitación pluvial elevada, lo cual los clasifica como climas Cfm, A(C )
y (A) C como Orizaba, Cuernavaca, Tepic.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 28
Cálido seco
Ciudades con requerimientos de enfriamiento en el verano y poca prec1pitac10n
pluvial, por lo que se recomienda como sistema de climatización el enfriamiento
evaporativo a través de la humidificación y ventilación. Correspondiendo los
climas Bw y Bs, en los cuales se clasifican Monterrey, Torreón, La Paz.
Cálido
Para estas localidades se tienen requerimientos de enfriamiento en verano y
presentan una precipitación pluvial media. Se recomienda la protección a la
incidencia solar tanto directa como indirecta. Corresponde a los climas Aw y
(A)C, como son Colima, Mérida, Tuxtla Gutiérrez.
Cálido húmedo
Presentan requerimientos de enfriamiento durante todo el año y tienen regímenes
muy elevados de precipitación pluvial, por lo que son muy húmedos, y su estrategia
básica es la ventilación. Se clasifican como climas Af, Am, Aw, y son ejempli
ficados por Campeche, Tampico, Cozumel, Villahermosa.
Esta clasificación es fácil de aplicar a problemas arquitectónico mediante las
estrategias básicas de diseño bioclimático: calentamiento/enfriamiento, humi
dificación/deshumidificación, inercia térmica y masividad y, por último,
ventilación. Ofrece la ventaja de una sencilla determinación de los climas sobre la
base de dos elementos, los cuales son fáciles de conseguir en las fuentes de
información disponibles, como son los registros normalizados del Observatorio
Meteorológico Nacional y el Atlas de Agua, en donde se pueden encontrar Isoyetas
e Isotermas mensuales para toda la República mexicana, y en algunos boletines
climatológicos emitidos por el Observatorio Nacional.
En conclusión podemos afirmar que el clima es determinante para el diseño.
Los arquitectos tienen la obligación de entenderlo, interpretarlo y aplicarlo para
beneficio de los usuarios de sus proyectos. La arquitectura sólo puede entenderse
como una respuesta a los elementos y factores del clima, que a su vez influyen sobre
el comportamiento social y cultural del hombre.
Orientación y emplazamiento en la arquitectura
El análisis histórico de la arquitectura vinculado con el estudio de las condiciones
geográficas o ambientales permite acercarnos a las soluciones particulares de los
edificios y verificar si éstas son consecuencia de esta relación, entendida a partir de
las necesidades del usuario, ya sea que tengan que ver con la sensación de confort
físico, generalmente temperatura y humedad, o con los aspectos funcionales más
vinculados con el confort psíquico o necesidades particulares de la construcción.
Es evidente que las necesidades de confort son comunes a todos los hombres, pero
las condiciones geográficas y climatológicas no son homogéneas, ya que tenemos
diferentes climas: fríos, templados, cálidos, y entre ellos un sinnúmero de
combinaciones, lo que trae consigo variaciones en las soluciones arquitectónicas.
También, estas soluciones varían en relación con el ámbito cultural donde se
desarrollan y las necesidades programáticas de los edificios: vivienda, edificios de
gobierno y públicos, fortificaciones, mercados, templos, etcétera. No tendrá el mismo
argumento ni impacto la orientación de la vivienda, donde predominará el confort
físico, que la orientación de una fortaleza donde la organización de los espacios y el
uso de los materiales de construcción están vinculados estrechamente con el rigor
castrense de la táctica militar y el desarrollo tecnológico de las armas.
Durante siglos, la orientación ha sido determinante en el diseño de las
construcciones, y si bien tiene su origen en la búsqueda del bienestar físico
predominan las implicaciones simbólicas y culturales.
En algunas culturas de la antigüedad la división del cielo con base en los
puntos cardinales tenía que estar reflejada en el trazo de los ejes dominantes de los
edificios significativos y de las ciudades.
A lo largo de la historia la preocupación por la orientación de los edificios
va decayendo, sin embargo permanece durante algún tiempo en las construcciones
religiosas debido a los aspectos litúrgicos y funcionales, pero paulatinamente
éstas también abandonan la tradición.
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica
El funcionalismo arquitectónico y la pre
ocupación por los espacios higiénicos provocaron
el resurgimiento de la importancia que la
orientación tiene en las edificaciones, a tal grado
que en el documento del cuarto Congreso Mundial de
Arquitectos (Carta de Atenas) el Sol, la vegetación y
el espacio son declaradas las tres materias primas del
urbanismo. A partir de este movimiento es que se fomenta, en el ámbito de la arquitectura, el estudio de
las condicionantes ambientales, dentro de las que tiene
gran relevancia la orientación. Surgirá toda una
corriente arquitectónica que hoy en día llamamos
Arquitectura Bioclimática.
Traza urbana y orientación Asoleamientos, viento y agua son las condicionantes que generan los
principios básicos de la planeación urbana en la antigüedad. Los
primeros asentamientos urbanos se caracterizan por localizarse
aproximadamente entre el trópico de cáncer y el paralelo 30° norte,
lo que implica tener condiciones climatológicas similares. Se
encuentran relacionados con importantes ríos o fuentes de agua, como
son los casos del Nilo, el Tigris, el Éufrates, el Indo o el Wei Huang,
y en México, el río San Juan, el lago del Valle de México o los cenotes
de Yucatán.
Protegerse de los vientos desfavorables y aprovechar los
favorables, orientar las calles en función del movimiento del sol y
considerar el abastecimiento de agua son, sin duda, aspectos funda
mentales en el diseño y traza urbana que, aunado al uso de retículas
como consecuencia de la idea de crear un orden espacial y eficiencia
funcional, dieron por resultado ciudades con alto grado de integración
ambiental.
Es así que podemos ver el predominio de retículas orientadas
según los puntos cardinales, y en muchos de los casos existe la
jerarquización de uno de los ejes, ya sea norte-sur o este-oeste; Mohenjo
Daro, Teotihuacán, Beijing, Babilonia, o algunos casos de ciudades
egipcias, son ejemplos de ello; también de épocas posteriores tenemos
a la ciudad griega hipoddmica o el Campus Romano. Esta condición se refleja
en la orientación de los predios y, por tanto, de las construcciones,
convirtiéndose en un factor más de las soluciones particulares de los
edificios y, sobre todo, de aquellos que por su jerarquía y su carácter
pµblico tienen un fuerte vínculo con la traza urbana.
32
Mohenjo Daro (3000 a.C.) en el Valle del Indo, muestra una clara orientación norte-sur
Teotihuacán (150-450 d.C.), el trazo reticular y el eje predominante con orientación norte-sur (sgún R. Millon)
@ s
Priene (350 a.C.), traza regular con orientación norte-sur
Gráfica solar
33
Verano
Verano Invierno
Corre esquemático
Aplicación del programa Mac-Heliodón en la reconstrucción hipotética de las casas de Delos de la insula II para determinar el comportamiento de los asoleamienros en invierno y verano
Orientación y emplazamiento en la arquitectura
Tres insulae de la ampliación de Olinto (432 a.C.), con clara orientación norte-sur
Es difícil encontrar un criterio de orientación en la
traza de la ciudad medieval pues predominan
topografía, seguridad y casualidad. Será hasta el siglo
XIV que otra vez se plantea el problema de orden
espacial y eficiencia en la funcionalidad, que
evoluciona a lo largo del siglo xv y XVI. Aunque se
desarrollaron notables proyectos teóricos, en la
práctica no se logran producir importantes trans
formaciones en los organismos urbanos y territoriales,
dado que la expansión demográfica y la colonización
del continente europeo había terminado y no existía
la necesidad de fundar nuevas ciudades o de ampliar a
gran escala las existentes, como sucederá en épocas
posteriores. Fueron pocas las ciudades ideales que se
edificaron, de entre ellas se distingue Zamosc, en
Polonia, donde la traza se apoya en una retícula que
se genera a partir de una plaza cuadrada y que es
coincidente con los puntos cardinales. El perímetro
irregular pentagonal, característico de la muralla
renacentista, establece un eje dominante en el sentido
este-oeste.
Los conquistadores y colonizadores de América
son portadores de estas tradiciones mediterráneas y
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
occidentales, y fundan las nuevas ciudades con un modelo
uniforme, que surge de la tradición medieval, de la cultura
renacentista, de los textos de los tratados (Vitruvio, Alberri,
etcétera) y del espíritu de regularidad geométrica. Este modelo
fue impuesto por las autoridades desde los primeros años de la
Conquista con base en las leyes de 1573, quizá la primera norma
urbanística de la edad moderna 1• Dentro de ésta se menciona de
manera clara la orientación que deben tener las ciudades:
... La plaza central debe situarse en el centro de la ciudad, de
forma oblonga, con la longitud igual, al menos, a una vez y media su anchura . ..
. . . Las cuatro calles principales conducen foera de la plaza, cada
una de ellas desde el punto medio de cada lado, y dos desde cada
uno de los dngulos. Estos deben estar orientados hacia los cuatro
puntos cardinales, porque así las calles que salen de la plaza no
estardn expuestas directamente a los cuatro vientos principales.
Toda la plaza y las cuatro calles principales que divergen de ella
estardn provistas de pórticos porque son muy necesarios a las
personas que en ellos se congregan para comerciar . .. 2
34
En ocasiones la orientación propuesta era muy conveniente, pues coincidía con la
utilizada en la traza de los asentamientos prehispánicos, y en consecuencia se
sobreponen, como es el caso de la ciudad de México. La referencia de que los
pórticos son muy necesarios se relaciona con la tradición mediterránea para
protegerse de los asoleamientos de verano y la lluvia de invierno.
La plaza central y la orientación definida de la traza tenían una trascendencia
definitiva sobre la localización de los principales edificios públicos ubicados en
ella:
... En las ciudades del interior, la iglesia no debe situarse en el perímetro
de la plaza, sino a una distancia suficiente como para estar libre, separada
de los demds edificios de forma que pueda ser vista en todo el contorno . ..
... El hospital de los pobres, donde se hallan los enfermos no contagiosos,
se construird en el lado norte, de forma que esté expuesto a Sur . ..
... Las parcelas edificables alrededor de la plaza no deben ser concedidas
a los particulares, sino reservadas a la iglesia, a los edificios reales y
municipales, las tiendas y las casas de los mercaderes, que deben ser
construidas las primeras . .. 3
Plano fundacional de la ciudad de Mendoza en Argentina (1562); los ejes cardinales determinan la orientación de las calles, publicado en Urbanismo español enAmérica, p. 221
1 Las ordenanzas de Felipe II se componen de 148 artículos, divididos en tres grandes apartados, en el segundo, De las Nuevas Poblaciones, artículos del 11 O al 13 5, se encuentran las referencias respecto a los aspectos físicos y de trazo.
2 Retomado de
L. Benevolo, Diseño de la Ciudad, Barcelona, Gustavo Gili,Vol 4,1982, pp.112-116.
3Idem.
Planta de la ciudad de Santiago de León (hoy Caracas, Venezuela), publicado en Urbanismo español enAmérica, p. 169
4 G. Kubler, Arquitectura Mexicana del siglo XVI, Fondo de Cultura Económica 1982, pp. 94-95.
5 L.Benevolo, op. cit. p. 122.
6 B. Risebero, Historio dibujada de la arquitectura, Madrid, Celeste Ediciones, 1991, pp. 187-189 y216.
35 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
Probablemente estas disposiciones se basan en
las experiencias de las órdenes mendicantes, y
algunas de ellas están relacionadas con conceptos
abstractos o, como lo mencionábamos, con modelos
preestablecidos. Estaba considerado un lugar
genérico que sólo recibiera vientos del este, y como
consecuencia, los nuevos poblados deberían
establecerse al este y oeste de las montañas para
evitar los vientos dominantes. Las ciudades de costa
no deberían tener mar abierto al sur y al oeste, lo
que en ocasiones era una condicionante de la
realidad, ya que si los vientos empujaban del sureste
como sucede en el Golfo de México, obstaculizaba
la llegada de las embarcaciones a los puertos. Bajo
las mismas disposiciones, los asentamientos a las
orillas de los ríos deberían establecerse en el lado
este, con la intención de que olores, infecciones o
niebla fueran empujados hacia afuera de la po
blación. Otra disposición recomendaba que las
ciudades estuvieran orientadas de tal manera que
recibieran solamente los vientos del norte y del sur.4
Este modelo utilizado por los españoles en Latinoamérica, es aplicado por
franceses e ingleses en la colonización de América del Norte. Jefferson, uno de los
fundadores de los Estados U nidos, establece en 1785 un reticulado orientado según
los meridianos y los paralelos, que debe servir para colonizar los nuevos territorios
del oeste americano. 5
En México, además del modelo claramente establecido, existe otro esquema
generador de los asentamientos urbanos de menor dimensión. Éste consiste en los
desarrollos que surgen a partir del conjunto conventual característico de los siglos
XVI y XVII, donde en función de la dinámica de crecimiento demográfico en su
entorno se convierten en el elemento ordenador del espacio. Este es el caso de
Amecameca, Azcapotzalco, Coyoacán, Tepotzotlán, donde el eje de orientación
del templo definió el eje de composición del conjunto y, a su vez, del asentamiento.
Los problemas de salubridad, el crecimiento urbano y la exigencia de una
nueva calidad de vida urbana provocaron importantes transformaciones en las
principales ciudades europeas a lo largo del siglo XIX. Una de las obras más
importantes fue la reconstrucción del centro de París (1853-1869), obra del barón
Haussman, que convirtió la antigua ciudad medieval en una expresión urbana del
barroco. Los trazos se rigieron por aspectos estéticos recuperados o inspirados en
el conjunto de Versalles y por razones de control y seguridad. 6 Al trazado radial
de las calles se le dio un nuevo significado. Si bien las grandes avenidas con
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
vegetación impulsaban la idea de espacios más
salubres, realmente la orientación y los asoleamientos
no fueron determinantes en el trazado. La influencia
de esta obra trascendió más allá de sus fronteras. Viena
convertía su muralla medieval en la ringstrasse (1858),
amplia avenida de traza Haussmaniana. En México,
años después durante el Porfiriato, se retomaban
algunos de estos postulados en los planes de expansión
de la ciudad.
Aunque las ciudades se mejorasen, era evidente
que tenían serios problemas, entre ellos la congestión,
la ineficiencia y los altos costos, cuya causa se en-
36
contraba en la ausencia de planeación. A finales de siglo XIX surgen algunas
propuestas de planeación urbana. Conceptos como la Ciudad Jardín de Howard, la
Ciudad Lineal de Soria y Mata o la Ciudad Industrial de Garnier serán los antecedentes
inmediatos del urbanismo del siglo xx. Sin embargo, siguieron predominando
conceptos estéticos o formalistas Haussmanianos y el interés por las condiciones
de orientación y asoleamientos resultó limitado.
Fue en el siglo xx, con la corriente funcionalista, cuando renace el interés
por la orientación. Las nuevas unidades habitacionales alemanas utilizaron la
tipología de los edificios lineales orientados en función de los asoleamientos. El
trazado de ejes heliotérmicos, a nivel urbano, fue promovido en los países centrales
de Europa. Esto tenía un claro vínculo con las aseveraciones sobre el carácter
curativo de los rayos solares y, en particular, relacionado con la enfermedad de la
tuberculosis. En el año de 1933 durante el Congreso Internacional de Arquitectura
Moderna (CIAM), en Atenas, Grecia, se le dio un espacio importante a los aspectos
ambientales y, entre otros, a la orientación, lo que se reflejó en el punto 26 de la
llamada Carta de Atenas:
.. . La medicina ha demostrado que la tuberculosis se instala allí donde el sol no penetra; pide que el individuo sea en lo posible vuelto a colocar en "condiciones de naturaleza. "El sol debe penetrar en cada vivienda varías horas al día, aun durante la estación menos favorecida. La sociedad no tolerará más que familias enteras queden privadas del sol, y por ende, destinadas al debilitamiento. Todo plano de casas en el que una sola vivienda estuviera toda mal orientada, o privada del sol por causa de sombras proyectadas, será rigurosamente condenado. Debe exigirse a los constructores el plano demostrativo de la penetración solar en cada vivienda durante dos horas como mínimo en el solsticio de invierno, sin lo cual se negará la autorización para construir. Introducir el sol es el nuevo y más imperioso deber del arquitecto ... 7
Propuesta de Howard, para una ciudad jardín de su obra Tom01;ow (1898)
7 Retomado de F. Tudela, Ecodiseño, México, UAM, 1982, p. 197.
37 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
.\h:AXALYSE sr~ l,".\:\E 111-:l.lOTHEIBIH)llF, Posteriormente en 1941, Le Corbusier escribiría:
Estudio de Le Corbusier para la Ville Radíeuse (villa radiante), bajo los principios de los ejes heliotérmicos
Sldem.
·6· Construir para el hombre. , , es, inmediatamente, restituirle el principio y la llave, que es el Sol Precisa, pues, (el arquitecto) comenzar los planos
inscribiendo el curso del sol en el solsticio de invierno y en el solsticio de verano. Es el sol y sólo el sol el que decide la orientación de la casa. Poco importa, por el momento al menos, el trazado existente de las calles, . ..
. . . Pero su presencia excesiva ¿no sería un peligro? Sin duda, si no faera tan fdcil tamizarlo o filtrar sus rayos .. . 8
La problemática de la orientación ocupó un lugar predominante en
la arquitectura de la corriente funcionalista, adecuada, en lo general,
a las condiciones locales de cada región del mundo, ya que los
postulados iniciales tenían un carácter netamente europeo. En países
como México resulta de gran importancia el control de la radiación
solar directa, ya que en ciertos periodos y horarios, provoca
condiciones inadecuadas en los edificios.
La energía barata, la industrialización y la especulación con la
arquitectura y una filosofía de dominio sobre las condiciones ambientales, provocó
el abandono de la preocupación por la orientación de calles y construcciones. La
comodidad en los edificios se logra mediante sistemas activos de calentamiento,
enfriamiento, humidificación, lavado de aire, etcétera.
En la actualidad sabemos que requerimos de una arquitectura con
consumos energéticos óptimos y que, por tanto, la orientación, ya sea en su nivel
urbano o arquitectónico, resulta determinante. La orientación de vialidades y
edificios debe estar sujeta a las condiciones particulares del lugar, en busca siempre
del confort en sus exteriores e interiores.
La orientación de los edificios religiosos El hombre ha tenido a lo largo de su historia lugares sagrados, sean estos espacios
naturales, delimitados artificialmente o construidos. En general estos espacios
en su origen se relacionan con una serie de rituales o creencias de la vida, la
muerte y la producción de alimentos, con todo lo que esto significa; el
movimiento del Sol, las estaciones del año, el movimiento de la Tierra, la Luna,
el día y la noche, el calor y el frío, los periodos de lluvia y de sequía, los
fenómenos climatológicos, etcétera.
Esta relación entre el templo y la periodicidad de los fenómenos
climatológicos que a su vez suelen estar vinculados con el movimiento del Sol y la
Tierra, ha sido determinante en la orientación del eje principal de estos edificios,
y, como consecuencia, se convierten también en lugares de observación
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 38
astronómica, edificios calendario, de conocimiento y predicción de los fenómenos
climatológicos y astrológicos. Lugares de poder para aquellos que tenían el
conocimiento. Esta aseveración está referida sobre todo a los orígenes y a la
antigüedad, pero son éstos los que determinarán una tradición en la orientación de
los edificios religiosos y en particular de los templos.
En Egipto predomina la orientación del eje principal de los templos hacia
la ribera del río Nilo que, como todos sabemos, era importante factor de desarrollo
en esa cultura; sus desbordamientos estaban vinculados a la producción agrícola.
Esta condicionante en la orientación hace que no exista una clara relación entre la
posición del sol y el edificio, pero podemos observar cómo en la techumbre de los
templos se diseña un sistema de orificios para la proyección de rayos solares en su
interior, que permiten la relación con el movimiento del sol y la tierra y con ello
el establecimiento, probablemente, de un calendario.
En la Roma antigua predomina la orientación de las fachadas hacia el
poniente. Vitruvio (I a.C.) describe las preferencias en lo que se refiere a la
orientación de los templos de la siguiente manera:
A fin de que los templos de los dioses inmortales tengan la orientación que les corresponda, se han de construir de manera que, de no haber
alguna razón que a ello se oponga, el edificio y la imagen que del dios se
coloque en la cela miren hacia Poniente . .. Pero si por naturaleza del lugar no pudiese hacerse así cómodamente,
entonces su orientación se determinará de modo que desde el templo se
descubra la mayor parte de la ciudad y además, si el templo estuviera al
borde de un río, como ocurre en Egipto con el Nilo, el templo debe mirar
hacia las riberas .. .
. . . si estuviese cerca de caminos públicos, ha de orientarse que todos
cuantos por allí pasen puedan volver hacia el templo sus ojos y hacer de frente sus reverencias. 9
El ongen constructivo del templo cristiano se encuentra en las tradiciones
arquitectónicas romanas, conservando, entre otros, su orientación predominante
este-oeste. Es así que durante el gran auge constructivo de templos en la Europa
medieval y, posteriormente, durante el renacimiento, predomina la fachada
principal expuesta hacia al poniente, aspecto que se recupera en algunos textos
como el Rationale Divinorum Officiorum donde dice:
... Debe también fandarse (una iglesia) de tal modo que la cabeza mire
rectamente hacia el Oriente, ... o sea, hacia el nacimiento del sol
equinoccial, para denotar el hecho de que la Iglesia, que milita en la
tierra, se debe moderar ecuánimemente tanto en las cosas prósperas como
en las adversas, y no hacia el solsticial, como hacen algunos ... 10
9 M. L. Vitruvio, Los diez libros de la arquitectura, Iberia, 19 5 5, libro 4, capítulo V, p. 98.
10 Rationale Divinorum Offíciorum a R.O. Guglielmo Durando ... concinnatium, Venettis 1572, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM 1985, p. LXI.
11 Acta Ecclesiae Mediolanensis ab eius initiis usque ad nostram aetatem, opera et srudio presb. Achillis Ratti, Volumen secundum, Mediolani, 1892, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM 1985, p. XLVII.
12 A. Palladio, Los cuatro Libros de arquitectura, Madrid, AKAL, 1988.
13 C. Borromeo, Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, lJNAjvf,
1985.
14 A. Palladio, op. cit., p. 341.
39 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
O en las actas Mediolanensis donde podemos leer:
Cuide (el obispo) absolutamente que aquella (iglesia) se edifique de tal modo que no se aparte de la costumbre antigua ni de la tradición aprobada para que el sacerdote que celebra misa en el altar mayor mire el Oriente. 11
También los tratadistas del siglo XVI retoman este problema, entre ellos Andrea
Palladio en Los Cuatro Libros de Arquitectura12 y Carlos Borromeo, en su obra
Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos. 13
En los textos de Palladio se reflejan las bases de su idea de la arquitectura:
la antigüedad, Vitruvio, una conciencia específica de la modernidad que arranca
de la revisión de Alberti, y del estudio profundo de Bramante y del conocimiento
de su contemporaneidad. Es por ello que al citarlo debemos estar conscientes de
que sus textos recuperan de forma amplia la tradición como propuesta, y en lo que
se refiere al sitio y la orientación menciona, en el primer capítulo del libro cuarto:
... Las fachadas de los templos se harán de tal manera que dominen una
gran parte de la ciudad, a fin de que en la región parezca estar la guardia y protección de los ciudadanos. Pero si se construyen los templos foera de la ciudad, entonces sus fachadas se harían de modo que miren hacia las calles públicas, o a los ríos, si se construyeran junto a ellos, a fin de que
los viajeros puedan verlos y hacer sus salutaciones y devociones delante de la fachada. 14
El tratado de Borromeo se considera un documento de gran valor sobre todo para
el estudio del periodo barroco en nuestro país, pero lo es también para efectos de
nuestro trabajo, ya que éste recupera en gran medida la tradición eclesiástica en
cuestiones de arquitectura y arte como signos litúrgicos. Si bien el tratado co
rresponde al último cuarto del siglo XVI, a través del escrito resalta como constante,
el respeto a las tradiciones antiguas de la Iglesia, y por ello, puede ser utilizado
como referente de lo que era la tradición en la construcción de los templos. En el
capítulo X De la Capilla Mayor menciona:
Ahora bien, el sitio de esta capilla debe elegirse en la cabeza de la iglesia,
en el lugar más elevado por cuya región esté la puerta principal; su parte posterior mire en línea recta hacia el oriente, aunque los domicilios del pueblo estén por la parte de atrás. Y no se sitúe nunca completamente
hacia el oriente solsticial, sino hacia el equinoccial.
Pero si de ningún modo puede haber tal posición, la edificación de aquélla
podrá volverse hacia otra parte, mediante el juicio del obispo y con su
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
permiso; y al menos cuídese esto: que no mire
claramente hacia el norte sino hacia el sur, si
puede hacerse. Pues bien, aquélla deberá
construirse hacia el occidente, donde según el rito
de la iglesia el sacerdote suele hacer el sacrificio de
la misa en el altar mayor, con el rostro vuelto
hacia el pueblo. 15
Respecto a la afirmación de que la orientación de los
templos del cristianismo son consecuencia de una
tradición de la antigüedad, existen opiniones y
aseveraciones contrarias:
... Tocante a la posición del templo, los antiguos ponían el altar hacia el
sol oriente, la cual cosa nosotros los cristianos no respetamos; pero en
cualquier lugar que se hiciere el templo, su fachada principal se pondría
hacia la plaza, o bien sobre el camino más noble16
40
En fin, parece ser que la orientación de los templos católicos en América, y en
general su diseño, estaría más vinculada con el aspecto litúrgico y funcional. Y es
por ello que en el diseño de los templos, a pesar de aconsejarse la participación de
profesores del arte arquitectónica, la aprobación de dicho proyecto recae finalmente en
la autoridad episcopal o eclesiástica del lugar. 17
No deja de ser relevante mencionar cuál era la tradición en la orientación
de los edificios religiosos en el México prehispánico. La orientación de las
pirámides, templos y otras construcciones se relacionan generalmente, con el orto
y el ocaso del Sol en días específicos y también con fenómenos o cuerpos celestes
determinados. Al estudiar la arquitectura mesoamericana desde el punto de vista
de las alineaciones y orientaciones de edificios y confuntos, podemos encontrar
ciertas relaciones con puntos específicos del paifaje, naturales como cerros,
estrellas y planetas o artificiales como edificios construidos exprofeso para ello y
marcadores artificiales. De ello se deduée. cierta intencionalidad para observar
determinados fenómenos celestes en fechas concretas, predominando los días de
los solsticios, los equinoccios y el paso del Sol por el cenit.
Las orientaciones predominantes de los edificios están relacionadas con la
traza del conjunto o centro ceremonial. Teotihuacán es quizá uno de los más
importantes y estudiados. El eje norte-sur (desviado 15° 28' del norte magnético)
regula la traza ortogonal. Al examinar la orientación de diversos sitios en
Mesoamérica se encuentra una desviación similar del eje. Un segundo eje de
composición se establece en el eje este-oeste (16° 30' al sur del este), respecto al cual
está orientada la fachada principal de la pirámide del sol, la del poniente, como en
la mayoría de los templos solares en el área de Mesoamérica. 18
Iglesia en Oltaszyn, Polonia (1450), orientación del eje de composición dominante en el sentido este-oeste
15 C. Borromeo, op. cit., p. 15.
16 S. Serlio, Turre !'opere d 'archirettura e prospettiva, Venezia, 1619, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM, 1985, p. XLVlll.
17 C. Borromeo, op. cit., p. XXll.
18 l. Marquina, Arquitectura Prehispánica, México, INAH-SEP,
1951, pp. 61-62.
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Teotihuacán pirámide del Sol, orientación del eje de composición dominante en el sentido este-oeste
19 G. de Hoyos, Arquitectura Mesoamericana y Astronomía, México, UAM-A, CYAD, 1989, pp. 97-98.
20 Fr. T. Benavente, (Mocolinía), Memoriales o libro de las cosas de la Nueva España y de los Naturales de ella, México, UNAM, 1971.
41
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Orientación y emplazamiento en la arquitectura
En los centros ceremoniales mayas se encuentran
alineaciones que varían desde los 10° a los 23° al este del
norte, pero en el caso de los templos parece predominar
la orientación vinculada con el orto y ocaso solsticial. 19
Quizá el edificio calendario más importante, o por
lo menos el más famoso, es el observatorio astronómico
en Chichén Itzá El Caracol, que además de ser un
monumento a Quetzalcóatl-Kukulcán fue construido
para contener en su arquitectura un número importante
de alineamientos de significación astronómica que
formaron un verdadero calendario en piedra. Lo más
característico de su estructura son sus asimetrías entre
los elementos que la componen, ocasionadas por las
necesidades funcionales de ésta.
En Tenochtitlán se confirma la intencionalidad
en la orientación de la traza urbana en las ciudades
mesoamericanas, una retícula conforme a los
puntos cardinales, que se vincula con la orientación
de los principales edificios y templos, y que sufre
una pequeña desviación de 7° al sur del este del eje
este-oeste, atribuida a que el sol tenía que subir cerca
de 20° por un plano inclinado sobre el horizonte astro-
nómico antes de poderse ver entre los dos templos que
ocupan la parte superior del Templo Mayor, desde el punto de observación. Sin duda,
esto resulta de la intención de celebrar eventos rituales, donde el orto equinoccial jugaba
el papel predominante, situación que a su vez daba una preferencia formal y espacial a
la fachada orientada hacia el poniente, generándose un eje dominante este-oeste. El
manejo consciente de estas situaciones se refleja en los relatos de Fray Toribio de
Benavente (Morolinía):
.. . La fiesta de Tlacaxipehualiztli se realizaba cuando el sol salía en medio del templo de Huitzilopochtli, el cual estaba en el equinoccio, y debido a que estaba un poco desviado Moctezuma quería tirarlo y ponerlo bien .. _20
Sin duda, existe el vínculo o interrelación de traza urbana, edificios principales y
astronomía, y con relación al género de los edificios religiosos podemos observar
que los alineamientos están vinculados con el sol, la luna, venus, estrellas y
constelaciones, pero quizá en jerarquía, dimensión e importancia, predominan los
templos solares, con su fachada principal orientada hacia el poniente.
Es así que dos tradiciones, la mediterránea y la americana convergen para
Introducción a la Arquitectura Bioclirnática
crear una propia. De manera coincidente la orientación
de los edificios religiosos es la misma o muy parecida, y
al igual que su origen lo es también. Sin embargo, existe
una clara diferencia espacial. El templo católico efectúa
su ritual en un espacio cerrado, en el interior, mientras
que en los templos mesoamericanos se realiza su ritual
en el exterior, el interior es exclusivo de los dioses y de su
personificación: los sacerdotes.
Seguramente también es un aspecto que se
vincula en su origen con las condiciones ambientales. El
clima de Europa occidental tiene periodos prolongados
en que las actividades en exteriores se encuentran
limitadas debido a la presencia de lluvia, nieve y bajas
temperaturas, entre octubre y abril. En cambio, el clima
templado del altiplano mexicano con dos claros periodos,
seco y de lluvias, permite, a lo largo de todo el año, el
42
desarrollo de actividades en el exterior. En el caso del área maya, que se caracteriza por
un clima cálido húmedo, los espacios abiertos y sombreados parecen reunir mejores
condiciones de confort.
El conjunto conventual es el representante más significativo de la arquitectura
mexicana del siglo XVI. Los diferentes espacios fueron fundamentados en las
necesidades tanto de los frailes evangelizadores como de la comunidad indígena
que sería evangelizada y aculturada a la manera occidental. La intencionalidad de la
empresa evangélica, las condiciones económicas, los problemas técnicos, los
materiales, la participación de la mano de obra indígena y, por supuesto, las
condiciones ambientales caracterizaron a esta arquitectura de rasgos propios. En el
México recién conquistado los libros de arquitectura no circularon sino hasta la
segunda mitad del siglo XVI. Sin embargo, Tovar y de Teresa afirma que Mendoza
durante su virreinato (1535~ 1550) leyó el tratado de Alberti, De re Aedificatoria. 21
Todo conjunto conventual estuvo conformado por el templo, la capilla abierta,
el convento propiamente dicho, el atrio, la huerta y el cementerio. Las relaciones
que se establecen entre sus elementos espaciales están condicionadas a aspectos
litúrgicos y funcionales, pero también por las condiciones y la fuerza del lugar.
Podemos suponer que la tradición eclesiástica en cuestiones de arquitectura y arte,
como signos litúrgicos, estaba lo suficientemente arraigada para que la orientación
de los templos se hiciera con la fachada al poniente y la capilla mayor hacia el
levante. Es posible que éste sea el principal motivo de la orientación del conjunto
conventual
Sin embargo, cada uno de los elementos requería condiciones distintas siempre
relacionadas con la función o funciones particulares que se debían desarrollar.
El elemento que articula las diferentes dependencias del área conventual es el
Convento de San Bernardo, Wroclaw, Polonia. La parte conventual está orientada hacia el sur y protegida de los vientos del norte por la masa de la nave del templo
21 M. Sánchez de Carrnona, "Analisís Tipológico de la Arquitectura Religiosa del Siglo XVI
en México", en Estudios de Tipología Arquitectónica] 996, México, UAM, 1996, p. 75.
Convento agustino en Actopan. De forma similar, la parte conventual está orientada hacia el sur y protegida de los vientos del norte por la masa de la nave del templo
22 M. Sánchez de Carmena, op.cit., p. 80, donde retoma a Gómez F. que a su vez hace la cita textual de Gerónimo Mendieta.
23 C. Borromeo, op. cit., p.95.
43 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
claustro y es, en él, donde encontramos los requerimientos de
control térmico, sea para el confort de sus habitantes o en el uso
de sistemas para la conservación de alimentos. Se trata de
edificaciones modestas que en su origen está la renunciación a la
vida material:
... Los edificios que se edifiquen para morada de los frailes
sean paupérrimos y conformes a la voluntad de nuestro
padre San Francisco: de suerte que los conventos que de tal
manera se tracen, que no tengan más de seis celdas en el
dormitorio, de ocho pies de ancho y nueve de largo, y la calle
del dormitorio a lo más tenga espacio de cinco pies de ancho, y
el claustro no sea doblado en pisos y tenga seis pies de aOncho.
La casa donde yo escribo (la de Huexotla) fue edificada con
esta traza ... 22
El carácter austero no le quitaba la necesidad de satisfacer necesidades básicas, la
tradición europea habla del calefactorio o hipocausto:
Del lugar de la calefacción
... No lejos del comedor y del lugar de la limpieza de las manos puede
edificarse el lugar de la calefacción, al cual dicen hipocausto, naturalmente
con] una estructura en forma de hornillo, cúmde, encendido el fuego, las
monjas durante el invierno llegan para calentarse; y éste debe ser de gran
magnitud cuanta contenga el número de ellas. Tenga un hornillo compuesto
o pegado a la pared o levantado en medio, a fin de que por todas partes
haya un lugar para calentarse ... 23
Esto significa que era importante el aspecto de confort térmico, srn embargo,
las condiciones climatológicas del altiplano mexicano permitían abordar el
problema sin necesidad de consumir energéticos. La orientación de los
edificios y la distribución de los espacios en función de ésta, permitía resolver
en gran medida este problema. El emplazamiento de los conventos de las
órdenes mendicantes seguían cienas reglas. Sin embargo, podemos observar
que la localización del edificio conventual parece no tener un significado
específico. Lo que sí se puede apreciar es una vinculación con las condiciones
climatológicas del lugar. En el altiplano predomina la localización del
claustro en el lado sur del templo. Esta ubicación permite evitar el sombreado
que pudiera provocar la masa del templo en el edificio conventual, sobre
todo en el periodo invernal, cuando la posición del sol se inclina hacia el sur
y la necesidad de obtener ganancias térmicas es importante. Adicionalmente el
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 44
edificio se verá protegido de los vientos fríos del norte. Sucederá lo contrario en
el periodo de calor, donde inclusive se logra cierto sombreado en las horas calurosas
aprovechando la masa del templo. De esta manera, los asoleamientos de invierno y
las sombras del periodo caluroso se vuelven una importante estrategia de diseño
(Ixmiquilpan, Actopan, Acatlán, Atotonilco, Acolman). En el convento de
Atlatlauhca, en el claustro, los vanos ubicados del lado sur son de mayores
dimensiones que aquellos que se encuentran en la parte norte.
Condiciones climatológicas distintas, a las mencionadas, las encontramos en
las zonas cálido húmedas, donde los principales criterios de diseño serán ventilar y
sombrear. Es en Yucatán donde predominan los ejemplos que ubican al claustro en
el lado norte y este del templo. Protegiendo de esta manera al edificio habitacional
de los asoleamientos del sur y del poniente (H unucmá, Hocabá, Mama, Mani, La
Mejorada en Mérida). En ocasiones el claustro está separado de la iglesia por medio
de un espacio abierto, tal vez para aprovechar la sombra proporcionada por el
templo, sobre todo en las calurosas horas de la tarde.
El conjunto conventual tendía a ser una entidad autosuficiente, por lo
que requería de sistemas de almacenamiento de agua y alimentos. La cisterna o
los sistemas de cisternas fueron la solución del agua. Los sistemas pasivos que se
basan en el manejo de los conceptos orientación y ventilación resolvieron el diseño de
Simulación de sombras en computadora, para una volumetría conventual donde la parte del claustro está orientada hacia el sur. Orientación característica para el altiplano y regiones con inviernos fríos
Simulación de sombras en computadora, para una volumetría conventual donde la parte del claustro esta orientada hacia el norte. Característica para zonas calurosas y humedas
45 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
cámaras secas y cámaras frías para el almacenamiento de alimentos.
Muchos fueron los factores que determinaron las características de los
conventos del siglo XVI en Mesoamérica, pero en lo que se refiere al trazo y
orientación dos resultan fundamentales: a) La tradición de construir los templos
en el eje este-oeste, donde la capilla mayor está orientada hacia el levante y la
fachada al poniente; b) Las condiciones geográficas y climatológicas del lugar,
donde los edificios tratan de encontrar su emplazamiento más favorable.
Podemos concluir que las obras arquitectónicas que se edificaron a lo
largo de la historia fueron concibidas a partir de las características de su
emplazamiento concreto. La relación entre los inmuebles y su medio circundante
definió tanto su programa funcional como formal.
Como hace ver Vitruvio en el capítulo I de su Libro Sexto:
... los edificios estardn dispuestos adecuadamente si se han tenido en cuenta ante todo las orientaciones y las inclinaciones del cielo en el lugar donde se desea construirlos; porque no deben ser construidos de la misma manera en Egipto que en España ... Al estar el aspecto del cielo inclinado en una forma distinta con respecto a los diferentes
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
lugares, a causa de la relación que tienen con el zodiaco y con el
curso del sol, es necesario disponer los edificios en razón de la
diversidad de los países y de los climas. 24
46
Es importante retomar las lecciones tanto de las grandes obras edilicias como de
la arquitectura vernácula, las cuales han adquirido singularidad gracias a las
relaciones establecidas con el en torno en el que se localizaban. La elección del
sitio de ubicación así como los vínculos con los elementos que lo componen en la
tierra y en el cielo, determinan en gran medida el grado de satisfacción de las
necesidades físicas y culturales de la sociedad que las habita. 24 M. L. Virruvio, op. cit., libro 6, capítulo 1.
Observación de la trayectoria solar
Durante las décadas de los sesenta y los setenta, del siglo XX, se dio gran impulso
al desarrollo de los métodos de diseño, lo que propició de manera notable la
formación académica de varias generaciones de arquitectos. Casi todas las meto
dologías, impulsadas en ese entonces, buscaban encontrar soluciones secuenciales
y lógicas que permitieran disminuir la importancia de la consabida caja negra e
incluso convertirla en caja transparente. También habría que resaltar que este culto
a la metodología fue promovido, sobre todo, desde el diseño industrial donde se
exigían resultados a partir de secuencias planificadas dentro de la tradición in
dustrial. Sin duda, el mundo de la arquitectura planificada, las fábricas de casas, la
industria de prefabricados, etcétera, exigía menos genialidad y mayor planifica
ción. Es justo en el área de toma de decisiones donde los métodos inciden de manera
decisiva, ya que no es posible escoger entre múltiples opciones que se presentan
en un proyecto, sin una clara estructura que ligue ordenadamente a los objetivos
con los medios para alcanzarlos. Hoy en día se cuestiona, en el campo del diseño
y en particular en la arquitectura, la eficacia de la aplicación de métodos rígidos
y nuevamente estamos inmersos en el estilo o la genialidad, que también podríamos
llamar frivolidad.
Pero quizá no todo fue tan dogmático ni todo es tan empírico. Todos aquellos
que realizamos una actividad proyectual utilizamos una serie de secuencias,
conscientes o inconscientes, que nos permiten establecer un principio y un fin en
el desarrollo de nuestro proyecto. Durante esta secuencia resolveremos problemas
funcionales, constructivos y estéticos, que podrán ser verificados y evaluados en
el momento y al término de su realización. El volumen de conocimientos obtenidos
ya sea de fuentes formales (escuela, libros, etcetera) o de fuentes informales
(experiencia, prueba y error, etcétera) permiten suponer resultados adecuados. No
siempre es así, y no siempre tenemos la seguridad de que nuestra solución sea la
correcta. Por ello buscamos el cómo, el referente, el similar, que nos permite
suponer la realidad. Evaluar antes de construir es un requisito indispensable para
garantizar resultados, siempre y cuando tengamos parámetros de referencia. Esta
aseveración puede crear polémica, sin embargo, la necesidad de garantizar
determinada normatividad constructiva y arquitectónica, así como ciertas con
dicionantes económicas y de confort han desarrollado el ámbito de la evaluación
del diseño en la etapa proyectual.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 50
Los procesos de evaluación de un proyecto pueden tener variadas carac
terísticas; dependiendo de qué aspecto queremos evaluar: económico, físico,
normativo, funcional, estético, utilizaremos modelos, laboratorios, bases de datos,
expertos, reglamentos o cualquier otro medio. Por esta razón, los diseñadores
buscamos herramientas que nos permitan movernos con relativa seguridad y que
garanticen que las soluciones propuestas resuelvan los problemas planteados.
En la actualidad, la arquitectura debe buscar un óptimo confort del usuario
y del consumo energético. Para ello se requiere manejar un sinnúmero de
variables: temperatura, humedad, iluminación, ventilación, orientación, in
solación, sensaciones, color, materiales, sistemas de acondicionamiento,
instalaciones, etcétera. Esto nos habla de la complejidad del problema que
debemos tratar de resolver con diseño y no con tecnología, y a veces con sólo
regresar a conceptos tan sencillos como la orientación.
En esta sección en particular, nos interesa mencionar algunas de las herramientas
utilizadas para evaluar las edificaciones en lo que se refiere a la incidencia solar, muy
relacionada con la sensación de confort en los espacios arquitectónicos y que sin duda
también tiene impacto en los costos de funcionamiento y mantenimiento (energéticos).
La orientación que se dé a los edificios supondrá qué tanto los rayos solares inciden
sobre cada una de sus fachadas y cuáles serán los efectos de dicha incidencia. Si
queremos resolver en forma adecuada las distintas fachadas, ya sea abriéndolas o
utilizando sistemas de cerramiento o control, debemos conocer, entre otros, la
posición del sol respecto a la construcción analizada.
Existen varias formas para determinar la trayectoria del sol respecto a un sitio
específico y, en consecuencia, definir los distintos ángulos de incidencia a lo largo
del día y en los distintos periodos del año. En la actualidad predominan básicamente
dos técnicas: una, la experimentación en laboratorio mediante máquinas solares o
heliodones; otra, la utilización de sistemas numéricos, ya sean de aplicación
matemática, gráfica (20) o tridimensional (30). De ambas trataremos de realizar una
presentación actualizada, precedida de una introducción de carácter histórico.
Los antecedentes En la historia de la humanidad ha existido la idea de que el tiempo es cíclico y se
ha medido en relación con acontecimientos concretos, en general vinculados a
aspectos relevantes de la vida humana. La producción agrícola y el cambio de
estaciones, los inicios de periodos de lluvias, la salida y puesta del Sol, están
vinculados con el movimiento de los astros de nuestro universo y en particular con
el movimiento de la Tierra respecto al Sol. Es quizá ésta la razón por la que el
hombre, desde la antigüedad, ha tenido la necesidad de establecer, medir o
prefigurar la trayectoria y posición en que se encuentran los astros a lo largo del
año respecto a algún sitio específico. Los motivos centrales se relacionan con el
conocimiento de los fenómenos físicos de nuestro entorno y la posibilidad de
Los Trilitos de Stonehenge
1 B. Fletcher, A History of Architecture, Londres, Butterworths, 1989, pp. 200-204.
51 Observación de la trayectoria solar
predicción de los ciclos que tienen que ver con la producción de alimentos. Sin
embargo, este conocimiento resulta también de utilidad para el diseño y construcción
de edificios. La necesidad de vivir en un lugar relativamente protegido, cómodo y
seguro, requiere de un volumen de información importante, como por ejemplo las
características climatológicas del lugar.
Muy variadas y diferentes son las herramientas que utiliza el hombre para
establecer y predecir los ciclos climatológicos. Entre ellas están los medidores del
tiempo cíclico, ya sea en forma de relojes solares, edificios solares o mega
instrumentos que permiten observar la
aparen te trayectoria de los astros.
Los observatorios La capacidad del hombre de orientarse en
el tiempo y el espacio está relacionada con
la observación del movimiento cíclico de
los objetos celestes. Es así que encontra
mos a los astrónomos, desde los tiempos
más remotos, siempre vigilando los cielos
en busca de significado y comprensión. La
evidencia de esta actividad tiene relación
con la arquitectura, sobre todo con aqué
lla vinculada a la medición de los ciclos y
que generalmente se asocia con rituales
religiosos o mortuorios. Esta es la razón
por la que podemos encontrar un sinnúmero de edificios o construcciones, en
diferentes partes del mundo y de distintos periodos de la historia, diseñados de
manera exclusiva para la observación de la bóveda celeste. Nos parecen ejemplos
significativos, entre otros, los casos de Stonehenge, Chichén Itzá, Jaipur o algunos
otros de la época moderna como la Torre Einstein en Potsdam.
El más antiguo de ellos es Stonehenge (Wiltshire, Inglaterra, 2600-1800 a.C.).
Consiste en un grupo de trilitos colocados en forma de herradura, se encuentra
dentro de un círculo de 30 piedras, con un diámetro de más de 90 m. A ochenta
metros del centro existe un marcador, la piedra Talón, que en combinación con el
trilito central marca el eje dominante del conjunto. Esta obra es considerada por
muchos una estructura ritual, vinculada al mundo pagano, druídico, pero es en
realidad un instrumento astronómico de gran tamaño que consistía en un par de
miras similares a las de un rifle: La mira anterior es el par de piedras que forman la entrada. La posterior era el par de piedras que formaba el trilito. Utilizando este sistema encontramos
algunos alineamientos de las posiciones críticas de los principales astros celestes:
la puesta del sol en el solsticio de invierno, la puesta del sol en el solsticio de verano
y los ortos lunares de invierno y verano.'
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 52
En el mundo prehispánico de América, uno de los centros de observación
astronómica que resulta de gran interés por su arquitectura es Chichén Itzá. Aquí
una de las estructuras más importantes es la del Caracol u observatorio astronómico.
Este edificio consta de dos plataformas sobrepuestas y en ellas un edificio circular
a manera de torre, que tiene en su parte central una escalera de caracol por la que se
llega a una pequeña cámara de observación. En las paredes de este espacio hay una
serie de orificios o ventanillas que permiten la observación de los astros y su
movimiento; su ubicación coincide con un número importante de alineaciones entre
la arquitectura y los principales astros celestes.2 Es de suponerse que este mega
instrumento estaba relacionado con la elaboración del calendario utilizado en aquel
entonces y la necesidad de establecer con precisión determinadas fechas importantes
para eventos de diferente índole, religiosos, civiles y de carácter agrícola. En
Mesoamérica, en particular en la región maya, existen otras construcciones de planta
circular con características similares que también son consideradas observatorios
astronómicos: Montealbán, Paalmul y Mayapán, entre otros.
Quizá es en Oriente donde más se desarrolla el concepto de los mega
instrumentos o instrumentos arquitectónicos para la
observación astronómica, y de entre ellos el más
afamado es el Observatorio de Jaipur, construido en la
India en 1734 d.C. Su importancia se deriva de dos
circunstancias, la primera, las características de su
equipamiento y la segunda, sus condiciones de
conservación. La realización a una escala gigantesca
de los instrumentos de observación da a las colosales
esculturas un misterioso significado. La arquitectura de
estos enormes instrumentos (yantra) es de volúmenes
lisos, sencillos, imponentes, en los cuales las líneas
curvas se mezclan armoniosamente con las rectas.
En esta obra, parece ser mucho más importante
que la tecnología la relación espacial con el cosmos que
debían observar. Algo que sirviera para observar el cielo, sobre todo, para establecer
una relación con él. Y para este fin, una gran meridiana como el Samrat Yantra
(coloso de 45 m de longitud, 30 m de ancho y 27 m de alto) que proyecta su sombra
sobre una escala graduada para observar los ángulos de proyección. O el gran reloj
solar con el Nadivalaya Yantra, o bien doce máquinas para el estudio de signos del
zodiaco. 3
Arquitectura para el seguimiento de la trayectoria solar Como ya hemos mencionado, el hombre desde la antigüedad ha percibido la
relación entre los ciclos y el movimiento de los astros respecto a su mundo. Dentro
de la inquietud que esto representa podemos apreciar un especial interés por el sol,
Chichén Itzá, vista del observatorio
J aipur, reloj solar
2 S.G. Morley, La Civilización Maya, México, FCE,
1987, pp. 295-303.
G. de Hoyos, Arquitectura Mesoamericana y Astronomía, México,UAM,1988, pp. 85-105 yll3-116.
3 B. Rudofsky, Constructores Prodigiosos, México, Concepto, 1988,pp.57-71.
Xochicalco, fenómeno luminínico el día del equinoccio de primavera
53 Observación de la rrayecroria solar
ya sea como símbolo de vida y fuerza o como referente de los ciclos climatológicos.
Es por ello que desde tiempos remotos encontramos artefactos y edificaciones para
medir los cambios de posición del sol.
Los griegos establecieron la medición del tiempo mediante relojes solares,
el más común es el gnomón, instrumento de astronomía compuesto de un estilo
vertical y un círculo horizontal con el que se determinaba el acimut y altura del sol;
también se le da la acepción de indicador de horas en los relojes solares. Gnómica es
la ciencia que trata de la construcción de relojes solares que permiten definir la hora,
el día y la estación del año, esto en función del ángulo y longitud de la sombra
proyectada. Es a partir de estos conceptos que se desarrollan los métodos gráficos
para la representación de la relación entre orientación, ángulos de incidencia y
sombras proyectadas.
Sin embargo, en otros ámbitos geográficos y culturales aparecen construc
ciones diseñadas exclusivamente para la observación del Sol y de su trayectoria en
la bóveda celeste. Numerosos ejemplos encontramos en América, en la arquitec
tura del mundo prehispánico, también en el antiguo Egipto y el lejano Oriente. Estas
Línea de la saltda del sol los días 21 de septiemrrc y 21 de man:o
tradiciones y cierto romanticismo provocan propues
tas contemporáneas de edificios o megainstrumentos
para la observación de la trayectoria solar. Como ejem
plos mencionaremos tres obras importantes que reúnen
características arquitectónicas radicalmente diferen
tes, sobre todo en la forma de percibir la relación entre
la posición del sol y la tierra; el manejo del gnomón
vertical y la sombra en un plano horizontal, la utiliza
ción de la barra horizontal y la lectura de sombras
proyectadas en una superficie vertical.
' ::::;.> !,¡-, Templo E-1 ~
Uaxactún, observatorio solar, diagrama de las posiciones crí ricas
4 L. Benevolo, Diseño de la Ciudad 2, Barcelona,Gusravo Gili, 1981, pp. 39-40. B. Flercher, op. cit., pp. 34-64 S. Kosrof, A History of Architecture, Nueva York, Oxford Universiry Press, pp. 67-89.
La solución con base en un elemento vertical que
permite establecer la posición del sol a partir de la
sombra proyectada se usa en el templo de Abusir, en
Egipto ( 2500 a.C.). Construcción resuelta a base de un
gran obelisco de planta cuadrada colocado sobre un basamento piramidal, todo ello
envuelto por un conjunto amurallado. Predominan dos ejes de composición: uno,
longitudinal predominante, con una orientación este-oeste y el otro, transversal,
en el sen ti do norte-sur. 4
Distinta es la solución en Uaxactún, en Guatemala (c.600 d.C.), donde se
utiliza un elemento horizontal al que se le relaciona con el orto solar. Consiste en
un conjunto de edificios sobre una misma plataforma; en el lado occidental se
encuentra una pirámide que mira hacia el este y frente a ella se erigen tres templos
sobre una terraza, con sus fachadas en fila de norte a sur y arregladas con
venientemente para establecer las visuales que se obtienen desde ciertos puntos del
eje central de la escalinata oriental de la pirámide, en el lado occidental de la plaza.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Observando el Sol en su camino hacia el norte, desde los puntos de
este eje, se veía salir exactamente detrás del punto central del templo
de en medio, el 21 de marzo, o sea en el equinoccio de primavera;
detrás del ángulo frontal norte del templo del norte el 21 de junio,
es decir el solsticio de verano; detrás del punto central del templo
de en medio en su camino de regreso hacia el sur, el 21 de septiembre
o sea en el equinoccio de otoño; y detrás del ángulo frontal sur del
templo del sur el 21 de diciembre, o sea en el solsticio de invierno.
Esta reunión de edificios era un instrumento práctico no sólo
para determinar el día más largo y el día más corto del año y las dos
posiciones intermedias en que el día y la noche son de igual
duración, sino que hacía posible desarrollar un sistema de medición
para el calendario maya basado en el concepto del tiempo cíclico.
Permitía establecer el Tzolkin o año sagrado (260 días), el año civil
(maya o haab de 365 días) que se componía de 19 meses, 18 de 20 días
y uno de 5 días, lo que da un total de 365 posiciones. 5
Un tercer ejemplo es el relacionado con la proyección de la
sombra de un gnomón o elemento horizontal sobre un plano
vertical o inclinado; es el caso del edificio de Oficinas de Disney en
54
Orlando, (Florida, EUA, 1999) del arquitecto Arara Isozaki. Es un edificio que va más
allá de lo llamativo, convirtiéndose en una propuesta arquitectónica distinta,
donde la relación con los ciclos solares se convierte en el hito central de la
composición. El componente más destacado de todo el conjunto es el patio, centro
conceprual de la construcción. El arquitecto se centra en el diseño de un gigantesco
instrumento de medición de la trayectoria solar. Una inmensa aguja, colocada en
voladizo sobre la apertura superior del cono lleva en el extremo opuesto una bola,
cuya sombra se mueve lentamente entre curvas de azulejos en los muros del patio.
Las líneas y los puntos indican el mes, el día y la hora. Este reloj de sol no es un
ornamento, es el pretexto que inspira la totalidad del proyecto. El patio central es
básicamente un lugar para observar, reflexionar y meditar acerca de la ruprura de
los vínculos entre arquitecrura, naturaleza y tiempo.
Modelos y sistemas para la evaluación y verificación Sin duda, el hombre en su proceso de aprendizaje y acumulación de conocimiento,
a base de prueba y error adquirió tradiciones como la de orientar correctamente su
hábitat. Sin embargo, los procesos de industrialización, masificación de la
construcción y desarrollo tecnológico, sobre todo del siglo XX, provocaron el
abandono de muchas de las costumbres arquitectónicas. Los nuevos materiales, la
supuesta disponibilidad infinita de los recursos, la posibilidad de crear ámbitos
artificiales, indinó la balanza hacia el desarrollo tecnológico en el acondicionamiento
Oficinas de Disney en Orlando, Florida, EVA.Vista de la aguja, colocada e sobre la apertura superior del cono
5 S.G. Morley, op. cit., pp. 295-303. G. de Hoyos, op. cit., pp. 118-120 P. Gendrop, Arte Prehispánico en Mesoamérica, México, Trillas, 1993, pp. 88-90.
Casa solar del programa austriaco energietechnik transfer netzwerk etn.
6 V. Olgyay, Desing With Climate, Nueva Jersey, Princeton University Press, 1973, p.180.
55 Observación de la trayectoria solar
de las edificaciones. Son las consecuencias de la Segunda
Guerra Mundial y el encarecimiento de los recursos
energéticos lo que crea cierta preocupación por el ahorro
energético en la construcción. La creación de estándares
térmicos en los espacios arquitectónicos, sobre todo en
lugares que requieren calentamiento, se vuelve
importante. Cada crisis energética nos hace pensar en la
temperatura y el número de toneladas de carbón o
galones de petróleo que se requieren para obtener
niveles de confort térmico aceptables.
La necesidad de medir, cuantificar, planificar
correctamente, encontrar nuevas soluciones, nuevos
materiales, construir más barato, más rápido incrementó
notablemente la preocupación por la experimentación e investigación en el campo
de la construcción. Una de las áreas donde hay un impacto importante es en el
estudio del confort térmico dentro de las edificaciones y de él se deriva todo un
pensamiento arquitectónico que comúnmente denominamos Arquitectura Bioclimdtica.
De esta manera, renacen principios básicos como orientación, ventilación natural,
sombreados, y asociados a ellos se encuentran los temas de nuestro interés:
trayectoria solar, incidencia de rayos solares, ganancias térmicas, sistemas pasivos,
iluminación natural.
Gran auge tuvieron los experimentos a escala natural pues la arquitectura
requería prototipos que garantizaran los resultados. Existía la necesidad de
prefigurar para medir y comprobar los supuestos de la etapa proyectual. Surge un
gran número de ejemplos, en general construcciones pequeñas, casas unifamiliares,
donde se aplican conceptos, materiales y tecnología novedosa. El proyecto de
Holzkirchen, en Alemania,6 es quizá uno de los últimos experimentos a gran
escala; es una construcción de un conjunto de edificaciones utilizando el mismo
diseño con diferentes materiales y sistemas constructivos, para posteriormente
capturar información respecto a su comportamiento ambiental, sobre todo
térmico, dadas las características climatológicas de esa región. Sin embargo, la
construcción de casas experimentales a escala real implican tiempos y recursos
considerables, con resultados limitados, ya que son precisos exclusivamente para
el sitio donde se realiza el experimento.
Ahora hay cierro renacimiento de la experimentación a escala natural. Muchos
arquitectos, en su proceso de búsqueda de una arquitectura sustentable y autosuficiente
energéticamente, se apasionan con la construcción de modelos o prototipos. La casa
ecológica, la casa solar, la casa sustentable, son resultado de los distintos programas
de ahorro de energía o energías alternativas y desarrollo sustentable que se realizan
en muchos países. Sin embargo, siguen siendo ejemplos aislados, más que una realidad
cotidiana.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Evaluar y verificar, antes de construir, es la
principal causa del desarrollo de dos ámbitos importantes
en el área de la investigación arquitectónica; por un lado
están los laboratorios de experimentación y por el otro los
modelos y sistemas de simulación. Ambos tienen la finalidad
de convertirse en herramientas de diseño y en sistemas de
control cualitativo y cuantitativo durante el proceso
proyecrual de las edificaciones.
Estamos hablando de procesos simulados, análo
gos a la realidad y que en función de sus características
podemos clasificarlos en tres grandes rubros: modelos
gráficos, modelos físicos, y modelos numéricos. Para
efectos de este trabajo serán de nuestro interés los
Ajuste de la Latitud
23° 44'
56
modelos físicos y los modelos numéricos que tratan de reproducir la trayectoria solar y
sus efectos sobre las edificaciones.
Modelos físicos de simulación de la trayectoria solar La gran ventaja en la utilización de este tipo de modelos es la posibilidad de
simular cualquier orientación y latitud en un ámbito controlado y con la posibili
dad de ser repetido n veces. Observar en maquetas el comportamiento de las
sombras y los asoleamientos de fachada es algo visual que puede ser interpretado
rápidamente, y que permite comparar, corregir o transformar fácilmente.
Los modelos de simulación de trayectoria solar requieren de la utilización
de una o varias fuentes luminosas representando el sol. Además, la relación entre
el modelo a escala del edificio y la fuente luminosa debe reproducir tres condicio
nes: latirud, declinación del sol y hora del día. Estas condiciones, cuando son
ajustables, pueden reproducir las variables de cualquier
lugar.
Desde los años treinta del siglo xx, se ha
construido un número significativo de este tipo de
máquinas o instrumentos bajo diferentes nombres:
máquina solar, máquina de trayectoria solar, helioscopio,
heliodón, solescopio, termoheliodón, solármetro,
etcétera. La mayoría de ellos en universidades y centros
de investigación.
La primera noticia que se ha logrado detectar
respecto a la construcción de un simulador físico de
trayectoria solar ( heliodón) corresponde al año de 19 31,
y se refiere al que construyeron Dufton y Beckett del
Centro de Investigaciones de la Construcción del Reino
Unido. 7 El heliodón consiste en una plataforma
Solsticio de verano
Solsticio de verano
Diagrama con los principios de funcionamiento del heliodón de Dufton y Beckett
7 K. Cheung, Dufton and Beckett heliodon The University of Hong Kong, 1997.
Termoheliodón realizado en la Universidad de Princeton
57
Periodo Espejo (
'º''! Hora del día }
Helioscopio, desarrollado por el Centro Experimental de la Construcción en Sydney, Australia
El heliodón de la Universidad de California (Berkeley), movimiento de la plataforma
Observación de la trayectoria solar
inclinable en función de la latitud deseada, y que está
colocada en una base giratoria que indica el tiempo
horario. Por último, la fuente luminosa se encuentra en
un riel vertical y puede ser deslizada en función de la
estación del año.
Con el tiempo han surgido diferentes propuestas de
heliodón, tanto en la forma de manejar la fuente luminosa,
como en la solución mecánica o electrónica de sus
movimientos. Tres son las soluciones más comunes: de
fuente luminosa móvil y plataforma fija, de fuente luminosa
fija y plataforma móvil y la mezcla de ambas.
El Termoheliodón de la Universidad de Princetón
es uno de los intentos más importantes por desarrollar un
método experimental de simulación de las condiciones
ambientales. Su capacidad de aislamiento y simulación de
condiciones ambientales independientemente de las
condiciones exteriores, incrementa las posibilidades de
desarrollo de investigación en este campo. En su interior
las maquetas o modelos físicos pueden ser evaluados en su
comportamiento térmico. La intención de este aparato es
evaluar en términos climatológicos los efectos de la tem
peratura e insolación en los edificios, e investigar la
aplicación de los principios básicos de balance térmico
al diseño de edificios y construcciones. Esta máquina tiene
una fuente luminosa en forma de un reflector parabólico
que rota alrededor de una maqueta (modelo) colocada
horizontalmente y es también, igual que el sol, una fuente
de calor.
El Solatrón de la Universidad de Cornell está
resuelto con base en una plataforma horizontal rotatoria,
donde se coloca la maqueta, y la fuente luminosa se pone
a lo largo de un arco fijo.
El Solarescopio del Centro de Investigaciones de la
Construcción de la Commonwea!th consiste en que el modelo
también permanece fijo, horizontal, y la fuente luminosa
se mueve a su alrededor. La gran diferencia está en que la
fuente luminosa es reflejada a través de un espejo colocado
en un brazo móvil, lo que minimiza la divergencia de los
rayos de 1 uz.
El gran problema de estas máquinas de simulación
de la trayectoria solar es la divergencia de los rayos
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 58
luminosos de la lámpara utilizada como fuente luminosa. La distancia entre el
modelo y el foco permite controlar este problema pero provoca dificultades con el
tamaño de los modelos, que no pueden ser de grandes dimensiones.
En años recientes observamos dos tendencias en la construcción de heliodones.
La primera se relaciona con el diseño y producción de heliodones tipo, generalmente
de pequeñas dimensiones, como instrumento de laboratorio escolar y con fines
pedagógicos. Esta tipología está dentro de un ámbito comercial, y por eso sus
características no responden a las necesidades de experimentación e investigación
en el campo de la arquitectura. Como ejemplo podemos mencionar al heliodón que
ofrece comercialmente el Instituto Politécnico de Troy, Nueva York. Este
instrumento está diseñado para simular los rayos solares en latitud de O a 70 grados
para cualquier día del año.
La segunda tendencia está vinculada a los centros de investigación,
universidades y fundaciones, donde la necesidad de estudio, análisis y ex
perimentación exige niveles de alta precisión. En general son heliodones diseñados
para un sitio específico (el laboratorio) y, por tanto, sus características físicas son
únicas. También el diseño tiene cierto grado de originalidad, ya que se realiza a
partir de las necesidades particulares de los autores-investigadores. Un gran
número de escuelas de arquitectura en el mundo y los centros especializados en
investigación energética han desarrollado su propio heliodón. De entre ellos el
diseñado por el Prof. C. Benton, del Centro de Ciencias de la Construcción en
Berkeley, Universidad de California, es un buen ejemplo. Fue diseñado para la
PG&E (Pacific Energy Center) de San Francisco.
Este heliodón se compone de una fuente luminosa fija, un reflector ubicado
en el plafón a una distancia de 9.6 metros, y una plataforma móvil en la que se coloca
el modelo. Los ajustes de latitud, fecha y horario se realizan con tres perillas
colocadas en la parte de abajo del tablero que mueven tres articulaciones en forma
independiente. Se incorporó un sistema de microfilmación computarizada para
Heliodón y cielo artificial de la Universidad de Cardiff, esquema, vista interior y exterior
Heliodón electrónico del Laboratorio de Investigación en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana
59 Observación de la trayectoria solar
lograr efectos de realidad virtual y así poder observar comportamientos reales en
tiempos muy cortos. Esta aplicación está condicionada a la calidad y precisión de
los modelos.
Un ejemplo reciente (1998) y significativo es el heliodón de la Facultad de
Arquitectura en la Universidad de Cardiff en País de Gales, Gran Bretaña. Un domo
intenta simular la bóveda celeste y es utilizado como cielo artificial y heliodón. Es
quizá la instalación más grande de este tipo. El objetivo es recrear los efectos de
luz del día y de los rayos del sol con precisión, bajo distintas condiciones; con cielos
claros y nublados, en cualquier momento del día, para cualquier estación del año
y en cualquier parte del mundo.
Consiste en un domo hemisférico de 8 metros de diámetro al cual se le
colocaron 640 luminarias de bajo consumo; son lámparas compactas fluorescentes
que están individualmente controladas. Este cielo artificial permite evaluar mode
los a escala de grandes dimensiones 1 :20 - 1 :4. La radiación directa del sol es
simulada por una lámpara de alta intensidad acoplada a una plataforma giratoria,
en la que el modelo es colocado. La rotación de la plataforma muestra la incidencia
solar y las sombras a lo largo de un día. La combinación del cielo y el sol artificial
permite medidas fotométricas cuantitativas de los niveles de iluminación, unifor
midad o brillantez de todo un día, en cuestión de minutos.
Por último, mencionaremos también el heliodón del laboratorio de
Investigaciónes en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma
Metropolitana, que se construye para disponer de una herramienta que permita
observar el comportamiento de la arquitectura ante condiciones reales de
asoleamiento y conocer los problemas de sus elementos de fachada en la etapa
proyectual. El instrumento está diseñado también con fines pedagógicos para
mostrar la utilidad de la geometría solar en el diseño arquitectónico.
El heliodón se clasifica dentro de los de tipo de fuente luminosa móvil y
maqueta fija. Está constituido por tres brazos en forma de arco de círculo; cada uno
de estos brazos controla o simula las tres variables significativas del movimiento
solar. Uno de los arcos fija la latitud del lugar, otro simula la posición de los días
y meses, y el último las horas del día.
En el extremo del último brazo se localiza la fuente luminosa. Se trata de una
lámpara de halógeno con un ángulo de haz luminoso de 10°. Esta lámpara está mon
tada sobre una pantalla parabólica para simular rayos solares paralelos. La luminaria
está montada de tal manera que permite la simulación del movimiento solar en
todas sus variables, permitiendo reproducir su posición en cualquier día del año
a cualquier hora y para cualquier latitud de la Tierra.
Cada uno de los arcos está controlado por un motor de pasos que hace girar
los brazos del heliodón hasta fijarlo en la posición deseada. El control se hace
mediante una computadora que registra cada orden y envía las instrucciones de giro
a cada uno de los motores. La computadora almacena la última posición solicitada,
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 60
de tal forma que los movimientos posteriores serán relativos a esta última posición. El
heliodón se construyó con una estructura tubular de aluminio; cada brazo tiene un
contrapeso para nivelar y equilibrar las fuerzas. La unión entre los brazos se resolvió con
conectores cilíndricos embalados por medio de una flecha. La mesa de pruebas para las
maquetas es circular y giratoria para modificar fácilmente la orientación de los modelos.
El sistema de giro tiene un mecanismo de amortiguamiento para lograr suavidad en el
movimiento. Dispone de marcas de graduación cada 15° como referencia. La mesa tiene
un diámetro de 1.2 m y está hecha de madera con recubrimiento de formica. Dos
elementos estructurales de acero, andados al piso, sirven como soporte o base y están
relacionados entre sí; el soporte del heliodón en el sentido este-oeste y la base de la mesa
en el sentido norte-sur.
Modelos numencos de simulación de la trayectoria solar El desarrollo de las gráficas computacionales logrado en los años cincuenta dio inicio
al diseño asistido por computadora, que durante las décadas de los setenta y ochenta
evoluciona dando por resultado los primeros programas de dibujo y pintura, así como
algunos graficadores especializados. En la pasada década es cuando se generaliza el uso
de gráficos tridimensionales CAD-CAM (diseño y modelaje) y 3D (ilustración y
Heliodón del Laboratorio de Investigación en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana
8 A.R. Ortega, "Modelos Numéricos de Simulación para la Iluminación", en Anuario de Estudios de Arquitectura Bioclimdtica, vol.!, México, Universidad Autónoma MetropolitanaAzcapotzalco, 1997, pp.21-31.
9 Todos lo programas mencionados son marcas comerciales registradas, y la información respecto a su funcionamiento se obtuvo de los manuales correspondientes.
Sombra del 05.07. con latitud 40°, a las 9:07 A.M.
61 Observación de la trayectoria solar
animación), lo que aunado al acelerado desarrollo de los equipos personales de cómputo y
la disminución de sus costos, ha puesto al alcance del público una amplia gama de
posibilidades en el manejo de gráficos.8
La incorporación de los sistemas electrónicos como herramienta de apoyo
para la actividad proyectual, resulta de gran utilidad. Ya todos nos hemos
acostumbrado al dibujo por computadora y a una serie de programas com
plementarios de apoyo para la representación tridemensional o para el análisis y
evaluación de parámetros lumínicos, térmicos u otros. Encontramos abundancia
de simuladores numéricos y gráficos, que resultan atractivos para los profesionistas,
y además permiten pronosticar un eficiente instrumento. También servirán para
analizar, comparar y evaluar la arquitectura en general, así como todos los aspectos
relacionados con ella.
En el ámbito comercial aparece una amplia gama de programas computacionales
relacionados con la simulación de la trayectoria solar y la iluminación natural: Sol, Sun
Dial, MacHeliodón, Light Scape, 3d Max, Mac Architrion, Desingn Workshop,
MiniCad, Autocad, PC Solar, Archicad y probablemente muchos más, diseñados para
resolver e informar sobre incidencia solar, proyección de sombras y algunos aspectos
de iluminación natural.9
Todos ellos se basan en el mismo princ1p10: a partir de las tres variables,
latitud, declinación del sol y hora del día pueden calcular y simular la trayectoria
Sol Medio día solar
Sombra del 05.12. con latitud 40°, a las 9:07 A.M.
Círculo que representa la 1--------declinación y su aparente trayecto
Sol y círculo que representa la declinaci6n y su aparente
----- de 24 hrs. El 05 de
de 24 hrs. El 05 de julio
Esfera celeste
Bóveda celeste del programa Sundial
ºN
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
1.917
E. m sun:
ltt.574
Time: 12:00 pm (noon)
O standard time O daylight savings ®solar time
Messages:
62
solar, mostrar las sombras proyectadas de elementos verticales y horizontales;
como es lógico, a partir de esa información también el ángulo de incidencia solar.
Algunos programas, Lightscape o Radiance, realizan cálculos y simulaciones de
iluminación natural en exteriores e interiores.
En un inicio se utilizaron cálculos matemáticos, relativamente sencillos,
cuyo objetivo principal es realizar las operaciones pertinentes para obtener los
ángulos solares de cualquier día y cualquier lugar. En la actualidad encontramos,
fácilmente y sin cosro, este tipo de programas ya sea como complemento, curiosidad,
obsequio o en internet; sin embargo, consideramos prudente mencionar uno,
diseñado y realizado en México a finales de los años ochenta en el Laboratorio de
Diseño Biodimático de la Universidad Autónoma Metropolitana. Este programa
denominado Sol realiza el cálculo matemático de los ángulos solares, para lo cual
maneja dos pantallas básicas: una llamada Ecuación del Tiempo, que se utiliza para
capturar los datos del atraso o adelanto del sol respecto de la trayectoria aparente.
Y la otra Ángulos Solares donde se introducen los datos de las variables de fecha y sitio
seleccionados. Es a partir de ellos que se realiza el cálculo correspondiente para el
día seleccionado.
En una segunda etapa se generalizan los programas que muestran en forma
gráfica los tres conceptos básicos: proyección de sombras, ángulo de incidencia y
posición del sol. Algunos, como es el caso de Sundial (en realidad un reloj solar),
Pantalla principal del programaMacHeliodón. Proyección de la sombra de una marquesina de 1.5 m a una altura de 2.49 m, en la Ciudad de México, el 15 de octubre, a las 12 horas con orientación sur, este y nor-oeste
izq. Imagen tridimensional con sombras proyectadas y propias del programa Desing Workshop
der.Cuadro interactivo de la utilería Set Sun Position del programaMiniCad
63 Observación de la rrayecroria solar
Set Sun PO$ition
r.;;-:;:;;--¡ fl N
~os
~OE =----iew
O Oayllght Soutngs
True Solar Time: 12:00 PM
son poco prácticos para efectos proyectuales, pero útiles si se usan con fines
didácticos ya que muestran con claridad la relación que existe entre latitud, horario
y declinación. Otros como MacHeliodón ya están concebidos para apoyar el diseño
de edificaciones. Este programa, como la mayoría de este tipo, maneja tres pantallas
básicas; la primera sirve para dimensionar dispositivos de control solar y establecer
la relación entre altura del plano vertical y longitud del plano horizontal (volado) en
función de los ángulos de incidencia. La segunda se utiliza para determinar las
posibles obstrucciones de los rayos solares, y consiste en el dimensionamiento de
la longitud de sombras a partir de un elemento vertical (gnomón). Y, por último, una
tercera que representa la trayectoria solar, con coordenadas celestes acimut y altura
solar. En los tres casos el input proporciona latitud, fecha (declinación) y tiempo
horario; con este último dato encontramos algunas variaciones, ya que existen los
llamados horarios civiles y los horarios solares, que no siempre son concordantes;
por ello debemos prestar atención pues en cada programa encontraremos un manejo
distinto de esta variable. En el caso del MacHeliodón se presentan tres horarios
distintos: estándar, de ahorro (variación por verano o invierno) y solar.
En conclusión, podemos mencionar que estos programas recuperan para el
usuario, de manera muy sencilla, la tradicional y complica da geometría solar.
La evolución de los programas de dibujo hacia la expresión gráfica
tridimensional ha transformado también los programas de análisis de la trayectoria
solar. Por lo general, ya no son programas autónomos sino que están incorporados
a programas de dibujo, como ocurre en los casos de MiniCad , Design Workshop,
ArchiCAD o Autocad. Todos ellos manejan una utilería de trayectoria solar; Set Sun
Position, Sun and Shading Settings, en la cual se capturan los datos de entrada; latitud,
fecha y hora. A partir de ello los datos son procesados en el dibujo tridimensional
de tal manera que obtenemos una imagen realista con sombras propias y proyectadas,
visibles todo alrededor del modelo. Esto se debe a que las sombras están calculadas
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 64
como objetos tridimensionales del mismo modelo, por tanto las operaciones iniciales
son válidas para cualquier ángulo de vista y mientras no se cambie la geometría del
modelo o los datos solares de entrada. La posibilidad de giro en todos los sentidos
permite una apreciación clara delas condiciones de asoleamiento del edificio proyectado.
Con las vistas frontales se logran las fachadas y el manejo de sombras propias.
Los especialistas en el diseño de sistemas de simulación tridimensional mencionan
como problema la simulación de la fuente luminosa, se refieren a su inexactitud, sobre
todo para efectos de los cálculos lumínicos, 10 pero en el caso de simulación de sombras no
tiene mayor repercusión, dado que la intensidad luminosa no es una variable de entrada.
Quizá la limitante, de estos programas, es el manejo de la fuente de luz como elemento
fijo y lo que se mueve es el modelo.
Un mundo incipiente de la simulación numérica es la realidad virtual, el
manejo de imágenes animadas que contienen las mismas variables pero enriquecidas
con el movimiento del sol virtual. Ya no necesitaremos el heliodón ni la maqueta
a escala del edificio; a partir de la información gráfica y numérica se construye la
realidad virtual que nos permite establecer condiciones de verificación visual y
gráfica. Actualmente los intentos por generar una imagen virtual animada, con
movimiento del Sol, se han realizado en el Centro de Ciencias de la Construcción
en Berkeley de la UC y en el Pacific Energy Center de California. Se trata de una
mezcla de heliodón físico y heliodón virtual, hecho a base de la grabación de
imágenes de video, estáticas, de una maqueta colocada en el heliodón y después
convertidas en imágenes de computadora armadas subsecuentemente en el tiempo,
creando de esta manera la ilusión óptica de movimiento del Sol.
Uno de los primeros centros en América Latina que ofrece y promueve esta
nueva tecnología es el Laboratorio de Estudios Bioambientales de la Facultad de
Arquitectura en Buenos Aires, Argentina. Su simulador, el CIHE, contempla tres
aspectos fundamentales: a) La proyección de sombras a partir de la volumetría del
edificio, b) Los comportamientos de las fachadas respecto al movimiento del sol y
los asoleamientos y e) La penetración solar en interiores. Permite manejar cualquier
latitud, fecha y horario. Su funcionamiento es también a base de secuencias
animadas.
Para concluir, mencionaremos que la tendencia en los procesos de evaluación
de las edificaciones, en su etapa proyectual, es el uso de sistemas de simulación en
realidad virtual. Sin embargo, la verificación física, en laboratorio, a base de
modelos parece ser necesaria por motivos pedagógicos y fuertemente vinculada con
la construcción de los modelos virtuales. 10 A.R.Ortega, op. cit., pp. 24-25.
Control solar en la arquitectura
Anteceden tes El uso de dispositivos de control solar como solución al problema arquitectónico,
que surge del exceso de radiación en los edificios, es un recurso del diseño
bioclimático que impacta en forma relevante las condiciones de confort en el
interior de las edificaciones; también están muy vinculados a los consumos
energéticos para con el acondicionamiento térmico. Por estas dos razones parece
pertinente abordar su estudio de manera sistemática.
Esta parte del libro se ha estructurado desde de una visión histórico
geográfica de la arquitectura, mostrando la universalidad y la racionalidad de las
soluciones ante determinadas condiciones ambientales y climatológicas. Lo que
permite llegar a la conclusión de que soluciones arquitectónicas similares, tanto
en lo funcional como en lo que se refiere al uso de los materiales, pueden ser
independientes en el espacio y el tiempo.
Sentarse a la sombra de un árbol en un día caluroso y asoleado, lo
asociamos rápidamente a una sensación de placer. Es de esta manera que debemos
concebir el control solar como una herramienta donde lo que se busca es el
incremento de la sensación de confort en los espacios arquitectónicos, con una
optimización en el uso de los recursos energéticos.
Desde sus orígenes, la arquitectura ha buscado dar abrigo y protección a
sus moradores. El hombre primitivo utilizó los elementos naturales a su alcance
para protegerse de los agentes climáticos adversos y de sus enemigos potenciales.
Empezó habitando cuevas, y poco a poco desarrolló la capacidad de modificar su
entorno y aprendió técnicas constructivas que le permitieron establecerse y
emplazarse en sitios con condiciones climáticas desfavorables. Las cuevas eran
seleccionadas de tal manera que fueran frescas en el verano y cálidas durante el
invierno; orientadas para que permitieran el asoleamiento invernal, la protección
solar y la buena ventilación en los meses calurosos.
Este principio básico de la protección climática surgió por la simple
observación de la declinación solar y ha sido aplicado por todas las culturas en
todos los tiempos. Es así como los dispositivos de control solar se convirtieron en
elementos arquitectónicos importantes.
La traza urbana (hipodámica) de las ciudades griegas, contemplaba una
distribución de los predios, que permitía las ganancias de la radiación solar en
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 68
invierno y el control del exceso en verano, utilizando para ello dispositivos fijos y
móviles. Los primeros se presentan en forma de pórticos o galerías que corrían a
lo largo de los diferentes espacios tanto en casas habitación como edificios públicos
y religiosos. Los segundos aparecen en forma de cubiertas provisionales de tela
(lonas) tensadas por cuerdas (tirantes) que, probablemente, en el Mediterráneo
tienen su origen en tradiciones orientales de la antigua Mesopotamia, así como en
los refugios provisionales de las zonas desérticas del norte de África.
Tanto el pórtico como los sistemas de lonarias fueron usados y per
feccionados en la arquitectura romana. Llaman la atención los sistemas de protección
solar utilizados en las calles principales (Vía Triunphalis) a base de lonas con argollas,
sostenidas por cables y con la posibilidad de recorrerse en sentido horizontal, o
también el sistema de sombreado del Coliseo en la ciudad de Roma, que consistía
en un conjunto de soportes verticales y cables tensados, que permitían colocar
largos lienzos de tela (Velas) en la parte superior de la tribuna, los cuales se
enrollaban y desenrollaban según era lo conveniente, en función de las horas de
mayor insolación. 1
Por otra parte, es característico de la arquitectura tradicional japonesa y
china el empleo de grandes aleros, así como largas circulaciones porticadas, ambos
elementos responden a condiciones climatológicas y permiten el control de la
incidencia solar sobre las fachadas y los espacios interiores. Pabellones y Kioscos
abiertos para la ventilación pero cubiertos para su sombreado, aislados y en ocasiones
integrados a otros edificios como parte de ellos, son ejemplo de una arquitectura que
busca condiciones de confort en sus interiores. Dos elementos arquitectónicos
adicionales aparecen en esta tipología de edificios: los muros móviles y las celosías.
Los primeros predominan como paneles ligeros a base de marcos de madera y papel
(de arroz) reforzado con tiras de bambú o madera. En cambio, las celosías de la India
y el Medio Oriente son un elemento fijo, sobre todo de control visual, pero también,
en función de su trama, de control solar.2
También encontramos ambientes porticados en las culturas de Meso
américa, sin embargo, no parece que éstos sean elementos arquitectónicos utiliza
dos con fines de control solar. Conocemos los casos de los ambientes porticados
o columnatas en Chichén Itzá o Tula, ejemplos que parecen ser manejo de
composición formal dentro de los esquemas de jerarquización de los espacios y
edificios del conjunto. El caso de los patios de Teotihuacán o el Cuadrángulo de
las Monjas de Uxmal donde existen espacios semiporricados parecieran ser
ejemplos que se acercan más al concepto de control solar.
Aleros, toldos, celosías, paneles etcétera, elementos fijos y móviles fueron
desarrollados y usados, a lo largo de la historia, como sistemas de control de la
incidencia de los rayos solares en la arquitectura de las diversas regiones del
mundo, de acuerdo con sus condiciones climatológicas particulares.
1 Benevolo L., op. cit., p.169. Sophia y Stefan Behling, Sol
Power, Preste] Munich, 1996, P. 97.
2 D. Hoag, Arquitectura Isldmica,
Aguilar/Asuri, 1980, pp. 55-66.
3 Sir Joseph Paxton (1802-1865), Inspector Real de Jardines en la Gran Bretaña, es autor entre otros del Invernadero de Chatsworth, Derbyshire, en 1836 y posteriormente del Krystal Palace, en 1850.
69 Control solar en la arquitectura
El desarrollo del vano traslúcido en los climas templados, donde se
requería manejar la incidencia en función de la estación del año y la hora del día
(las dos alternativas: ganancias térmicas por radiación y sombreado para
enfriamiento), fue el motor del surgimiento de los sistemas de control en forma de
agregados a la ventana: toldos, cortinillas, persianas, mallas, etcétera. Como
ejemplo de ello podemos mencionar el Hardwick Hall (1597) con vanos de importantes
dimensiones resueltos con emplomados de vidrio, apoyados en una estructura de
finos perfiles hechos de piedra y en su parte interior se manejan cortinas como
elemento de control térmico. Otra solución distinta es, por ejemplo, la fachada
del edificio de la Procuratie Vecchie ( 1514) en Venecia, donde los ventanales tienen en
la parte exterior toldos verticales que se enrollan y desenrollan con un sistema de
poleas y cuerdas.
Un elemento de control visual, lumínico y solar que se generaliza en la zona
del mediterráneo, es el uso de la doble ventanao o contraventana; donde la interior es
la ventana acristalada y la exterior es la ventana ciega o tipo persiana a base de
tablillas horizontales. Son múltiples los ejemplos que valen la pena ser
mencionados: Palazzo Chigi-Odescalchi ( 1664) en Roma, El Escorial ( 157 4) en Madrid y
el Palacio del Marqués de Dos Aguas (17 40) en Valencia. En México, el edificio de la
Antigua Aduana de Santo Domingo (1730) tiene esta solución.
Como se puede apreciar existe un proceso de evolución y adecuación de
los vanos acristalados y de los diferentes mecanismos o sistemas móviles de control
solar relacionados con ellos, que serán exportados y reexportados a las diferentes
regiones del mundo, por una Europa en expansión durante los siglos XVI-XVIII. A
finales de este periodo surgen los primeros intentos de ambientes controlados
artificialmente con el uso del vidrio, como es el caso de los invernaderos del
palacio de Sans Souci (1745) en Postdam, Alemania.
Sin embargo, es a partir de la producción industrial del vidrio, el uso de
estructuras metálicas ligeras y la disponibilidad de una energía relativamente
barata que podemos observar una tendencia en la arquitectura hacia la construcción
de ambientes artificiales o controlados a base de sistemas activos de control
térmico. Empezando por las obras de Paxton,3 en Inglaterra, que culminarían con
el afamado Crystal Palace (1850) en Londres.
Sin duda, en ese entonces, en plena Revolución Industrial, la posibilidad
de aislarse del medio y de crear ambientes controlados, según fuera el deseo,
resultaba un triunfo del ser humano para dominar la naturaleza. Surgen edificios
de vidrio y estructuras metálicas con diferentes funciones; calles cubiertas como
la Galería Vittorio Emanuele (186 5) en Milán o los grandes almacenes y tiendas
departamentales como las Galerías Lafayette en París, que buscan convertirse en
espacios más confortables y atractivos: los espacios deben ser consumibles. Tam
bién se deben mencionar las primeras fachadas acristaladas, entre las que están el
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 70
Halladie Building (1893) en San Francisco, o el edificio de oficinas Le Parisien (1903) en
París. La principal característica de todos ellos es la ausencia de elementos
arquitectónicos de control solar.
Esta postura predominó y se acrecentó durante gran parte del siglo xx; el
petróleo barato, los procesos de industrialización de la arquitectura y el cambio
de la planeación urbana en relación con el entorno por una planificación netamente
económica de corto plazo, provocaron el abandono de las tradiciones arqui
tectónicas en el mejor sentido de la palabra.
De cualquier modo debemos ser conscientes de que la arquitectura del
siglo XX ha sido un fenómeno dinámico y su evolución constante. Las
transformaciones en el tiempo nos permiten hablar de cambios de estilo o
tendencias en la arquitectura; las causas de éstas se pueden atribuir a varios
factores: la creatividad, el cambio de las condiciones socioeconómicas, el
desarrollo tecnológico, el uso de nuevos materiales, etcétera. Todos tienen un
impacto importante en las características arquitectónicas, pero se manifiestan de
diferentes maneras, así observamos que en los últimos cien años hubo un vertiginoso
crecimiento del uso del vidrio y el concreto, como materiales de construcción.
Este aspecto resulta relevante cuando establecemos la relación entre
las propiedades físicas de estos materiales y el comportamiento térmico de las
construcciones, o sea, el consumo energético de las edificaciones. Las ex
periencias del modernismo fuera del ámbito europeo, en particular en climas
cálidos como la India, Marruecos o Brasil, mostraron la necesidad de tomar en
cuenta las condiciones locales. Sirva como ejemplo la experiencia de Le Corbusier
en el diseño del edificio de Míllowners Association (1954) en Ahmadabad, que fue
construido con una fachada totalmente acristalada, lo cual ocasionó grandes
problemas térmicos en los interiores. Esta situación obligó a corregir el diseño original
utilizando una serie de dispositivos de control solar, formados por la combinación de
aleros, repisones y partesoles de tal manera que la fachada principal está cubierta por
un conjunto de voladizos y saledizos sobrepuestos a ella. 4
Durante esta época, en nuestro país, vemos algunos ejemplos significativos
de acondicionamiento a través del uso de dispositivos de control solar como es el
caso del antiguo edificio de aulas de la Facultad de Ciencias, el gusano, y otros
edificios de la Ciudad Universitaria (1954) en la Ciudad de México. Se aprecian también
tendencias similares, en el mismo periodo, en otros países, como son los casos de
Venezuela y Brasil (Brasilia).
Sin embargo, a partir de mediados de siglo XX el llamado estilo
internacional se desarrolla rápidamente. De alguna manera se vuelve un hito de
referencia, tanto para los arquitectos como para los inversionistas de todo el mundo;
aumenta el consumo de materiales procesados para la construcción, crece la
industria y la economía, y se expanden las empresas transnacionales. 4 B. Flercher, op.cit., p. 1490.
5 L. Guerrero, Tipología y Enseñanza del Diseño Arquitectdnico, en Estudios de Tipología Arquitectónica, México, UAM,
1997, pp. 77-80.
6 M. Rodríguez, El Vidrio y su Impacto en la Arquitectura, en Tecnologia y Dioseño en las Edificaciones JI, México, UAM,
1999, pp. 89-104.
71 Control solar en la arquitectura
Los edificios tendrán las mismas características en Asia, América, Europa
o Africa; la energía barata y disponible permite aislarse del entorno y crear
ambientes cerrados. Dos serán las tipologías dominantes;5 la del mundo suburbano
que se constituye de conjuntos habitacionales de gran escala y la de los centros
urbanos donde tienen sede los principales intereses socioeconómicos.
Las empresas diseñan sus edificios representativos o de imagen corporativa
en su lugar de origen y los construyen alrededor del mundo sin importar clima,
paisaje, amparados en la falta de una normatividad apropiada. El status de los
grupos sociales dominantes exige el referente de la arquitectura internacional.
Todo ello sin menospreciar los numerosos esfuerzos de arquitectos locales en la
búsqueda de alternativas propias y adecuadas para el lugar.
El paisaje urbano acristalado, sobre todo de los centros urbanos, donde se
concentran numerosos edificios de gran altura y consumo energético, es
característico de la segunda mitad del siglo XX. Vidrios azulados, cobrizados,
polarizados, vidrio espejo, serán símbolo de la economía dominante; los arquitectos
diseñan al igual en París, Kuala Lumpur, Hong Kong, México o Pretoria,
convirtiéndose en la auténtica arquitectura de la burocracia. 6
Los dispositivos de control solar Es común pensar que los dispositivos de control solar son elementos que se agregan
a las ventanas con el fin de resolver el mencionado problema. Sin embargo, esto es
parcialmente cierto, pero conceptualmente erróneo, ya que el control solar debe
ser inherente al diseño integral de la edificación.
Debemos recordar que los rayos solares contienen dos componentes: la
térmica y la lumínica, de tal forma que el diseño de los dispositivos debe considerar
ambos factores. Es decir, que cuando diseñemos fachadas y aberturas debemos
tener presente el equilibrio entre los factores lumínico y térmico. El presente
trabajo aborda únicamente aquellos aspectos relacionados con los dispositivos
de control de asoleamiento y no aquellos de control lumínico. Esto no se debe a
que unos sean más importantes que otros, sino simplemente a una delimitación
temática.
El primer concepto de control solar es la propia forma, así como la
configuración espacial y la orientación del proyecto. Dependiendo de la ubicación
geográfica, condiciones climáticas y ambientales se definirán diferentes estrategias
de diseño. Por ejemplo, en un clima frío es lógico elegir una configuración compacta
con el fin de ofrecer menor área expuesta a las inclemencias del ambiente. Del
mismo modo sucede en un clima cálido-extremoso, en donde el concepto es
compacto y cerrado hacia el interior, procurando crear un microclima a través de
un patio interior. Por el contrario, en un clima cálido húmedo la estrategia de
diseño consistirá en abrirse y extender el esquema de diseño para permitir un
máximo intercambio ambiental mediante la ventilación.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 72
El concepto de control solar será muy diferente si se trata de una edificación
compacta y cerrada, con atrio o patio central, o extendida y dispersa; de uno o varios
niveles con alturas simples o dobles. Además de la importancia obvia de la orientación
general del proyecto, también hay que considerar la ubicación de cada uno de los
espacios dependiendo de su uso. Es importante además la definición de los tipos de
sistemas para la climatización que se utilizarán, ya sea pasivos, directos o indirectos,
así como los materiales, su ubicación y proporción entre vanos y macizos.
Se dice que la principal estrategia de enfriamiento en climas cálidos es en
definitiva el control solar,7 ya que de esta forma no tendrá que enfriarse aquello
que no se ha calentado.
Después de la definición de conceptos generales de diseño se pueden definir
conceptos particulares, sin embargo, todos están integrados al concepto global.
Así los dispositivos de control solar no surgen como algo agregado, sino como
parte del proyecto.
También hay que considerar que cuando se habla de dispositivos de control
solar vienen a la mente aquellos elementos que obstruyen el paso del asoleamiento,
pero estos dispositivos más que obstruir deben controlar la penetración solar; es
decir, deben detenerla en los periodos calurosos pero permitirla en los periodos
fríos. Del mismo modo, dentro de estos elementos se encuentran los dispositivos de
iluminación natural, que de hecho también controlan el paso de los rayos solares.
Aquí debemos recordar los dos componentes de los rayos solares: la
térmica y la lumínica, de tal manera que el diseño de los dispositivos considere
ambos aspectos. Es decir, que cuando diseñamos un vano o ventana, podemos
hacerla pequeña para evitar la penetración solar, pero estaremos restringiendo el
paso de la luz. O hacerla demasiado grande para tener mucho iluminación, pero
también tendremos muchas ganancias o perdidas de calor. Del mismo modo, un
dispositivo de control de asoleamiento puede obstruir el paso de la luz, o de
manera inversa, un dispositivo de iluminación natural puede favorecer ganancias
térmicas. Por tanto, en el diseño de las ventanas y de dispositivos de control solar
se debe lograr el equilibrio entre los aspectos lumínicos y térmicos.
En términos generales los dispositivos de control solar (de asoleamiento)
pueden agruparse en función de su posición respecto a los planos definidores del
espacio arquitectónico y, en particular, de la fachada, por tanto encontraremos
sistemas de control: horizontales, verticales y mixtos. A continuación se enuncian
las principales soluciones arquitectónicas, como también aquellas relacionadas
con los nuevos materiales y las soluciones con dispositivos no arquitectónicos.
Horizontales
Alero, volado o voladizo. El volado o voladizo se refiere a cualquier elemento que
sobresale del paramento vertical o de la fachada, mientras que el alero normalmente
se forma por la extensión de la techumbre (alero continuo) que rebasa los muros. 7 V. Olgyay op.cit., p. 88.
73
Alero, volado o voladizo
/
Pórtico
11 F1r Repisar.:=====:;¡/=:}~
/
Persiana
Faldón
Control solar en la arquitectura
Los aleros se construyen con fines de protección, tanto de la
fachada como de los andadores y banquetas, ya sea para
proteger del sol o de la lluvia. El alero también puede ser un
elemento independiente a manera de cornisa (alero de mesilla)
o en la parte superior de las ventanas. Este elemento casi
siempre es macizo u opaco, sin embargo, en la actualidad se
utiliza tipo pérgola, rejilla, elemento perforado o traslucido.
Pórtico. Se llama pórtico al espacio o galería cubierta, sostenida
por arcadas o columnas, ubicado a lo largo de una fachada. El
pórtico forma un espacio de transición entre los espacios
abiertos y cerrados, y puede ser un espacio de circulación o
utilitario.
Repisa. Se refiere a los elementos volados a manera de ménsula.
Como dispositivo de control solar son elementos horizontales
ubicados dentro del claro de la ventana. En general estas repisas
se utilizan como dispositivo de iluminación natural, ya que
reflejan los rayos solares hacia el plafón.
Persiana (horizontal). Dispositivo formado por tablillas o
elementos horizontales que permite el paso de la luz y el aire
pero no del sol. Las persianas pueden ser exteriores o interiores
y fijas o giratorias en su eje horizontal.
Faldón. En realidad se llama faldón a la vertiente triangular de
ciertos tejados, limitada por dos limas y el alero. En la actualidad
definimos como faldón a cualquier elemento vertical que pende
del extremo de un alero o volado. Puede ser macizo, tipo persiana
o celosía.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Pantalla. Elemento o superficie que sirve para obstruir los
rayos solares. Es un elemento vertical colocado frente a la
ventana, pero a diferencia del faldón no está unida al alero,
aunque puede estar suspendida de él. También puede ser
maciza, tipo persiana o celosía.
Pérgola. Viguería o enrejado abierto a manera de techumbre,
generalmente asociada con vegetación de enredaderas o trepa
doras. En la actualidad este concepto se emplea ampliamente
con pergolados tipo persiana o rejilla.
Toldo. Cubierta fija o plegable fabricada con lona u otro tipo
de tela. Tiene la ventaja de poder ser translúcida, por lo que se
pueden controlar los niveles de iluminación.
Techo escudo. Doble techumbre con el espacio interior o
cámara de aire ventilada. Tiene por objeto sombrear la
totalidad de la techumbre y así evitar la ganancia térmica por
radiación solar.
74
Pantalla
Pérgola
Toldo
Techo escudo
75
Partesol
11
¡ 1
Muro doble
11
Control solar en la arquitectura
'~
Persiana (vertical)
11 ~
Verticales
Partesol. Elemento vertical saledizo de la fachada que bloquea
los rayos solares. Puede estar colocado perpendicular u oblicuo
con respecto a la fachada, y también puede ser parte de ella o
un elemento separado.
Persiana (vertical). Dispositivo formado por tablillas verticales
que permite el paso de la luz y del aire pero no del sol. Las
persianas pueden ser exteriores o interiores y fijas o giratorias
en su eje vertical.
Muro doble. Doble muro con el espacio interior o cámara de
aire ventilada. Tiene por objeto sombrear la totalidad del muro
y así evitar la ganancia térmica por radiación solar.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
11
Marco
Combinación
Marco. Dispositivo de control solar formado por la com
binación de alero, repisón y partesoles, de tal manera que el
perímetro del vano está rodeado por voladizos y saledizos.
Celosía. Combinación de persianas horizontales y verticales,
o cualquier otro entramado usado como protección solar (y
visual).
Remetimiento de ventanas. Remetimiento que se hace del
acristalamiento para que quede protegido del sol (como
dispositivo de iluminación suele tener paramentos abocinados.
Cambio de Orientación de ventanas. En ocasiones, cuando la
orientación de la fachada es inadecuada es conveniente cambiar
la orientación de las ventanas.
Contraventanas. Contraventanas ciegas, tipo persiana o
celosía. Pueden ser de hoja completa o seccionada; y también
pueden ser exteriores o interiores.
76
11
Celosía
Remetimiento de ventanas
77
11
Cambio de orientación de ventanas
Nuevos acristalamientos
11
8 MicroSun Shielding Louvre, SIEMENS AG. Traunreut, Alemania. 9 Wiinnedammende
lsolierverglasung CLIMA TOPVEGLA Vereinigte Glaswerke GmbH, Aachen, Alemania. 10 Superwarmglass !plus 3X
INTERPANE, Lauenfarde, Alemania. 11 Helioran. Schott-Rohrglas
GmbH, Bayreuth, Alemania. 12 Kapipane y Kapilux, Okalux
Kapillarglas GmbH, Alemania. 13 So/Fas, Ernst Schweizer AG.
Hedingen, Alemania.
!
Control solar en la arquitectura
11
Con traven tan as
Nuevos acristalamientos
En la actualidad se cuenta con nuevos tipos de acristalamiento
para el control solar y de alta eficiencia térmica que pueden
ser utilizados como capa aislante, por ejemplo:
Acristalamientos de micropersianas MicroSun; 8 están formados
por un doble acristalamiento y una retícula de persianas di
minutas que impiden el asoleamiento directo en el rango
deseado.
Acristalamientos térmicos como Climatop9 y Iplus-3X, 10 los
cuales pueden llegar a coeficientes de transmisión de hasta
0.4 W/m20C.
Acristalamientos con estructura tubular o capilar intermedia
o con cápsulas de materiales aislantes, tales como Helioran, 11
Kapilux, 12 Kapipane, o Solfas; 13 todos ellos con alta eficiencia
térmica, y de control de asoleamiento e iluminación.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Cortinas y persianas interiores
11
Otros elementos no arquitectónicos
Cortinas y persianas interiores. Las cortinas y persianas interiores
tienen como función el control visual, lumínico y del asole
amiento, sin embargo, no desarrollan un buen control térmico,
puesto que la radiación solar atraviesa el acristalamiento sin
obstrucción, impactando térmicamente el espacio.
Vegetación. La vegetación es un excelente dispositivo de control
térmico, ya que es un elemento vivo, dinámico que puede
permitir diversos grados de control en distintas épocas del año.
Es necesario elegir cuidadosamente las especies caducifolias o
perennifolias que se van a utilizar, en función de los requeri
mientos térmicos de los espacios interiores.
Varias combinaciones
Casi siempre los dispositivos de control solar se diseñan de
manera combinada, así, cada uno ofrecerá distintos rangos de
protección y el dispositivo integral será más eficiente.
78
Vegetación
Varias combinaciones
La arquitectura de tierra
Pese a que la mayor parte de los conjuntos de viviendas rurales que conforman
nuestro país, así como muchos otros del resto del mundo, han sido edificados
desde épocas inmemoriales, utilizando la tierra sin cocer como material básico de
construcción, esta tecnología ha caído en desuso al ceder paso a materiales in
dustrializados que en la actualidad se comercializan hasta en los lugares más
remotos.
Este fenómeno tiene uno de sus orígenes más evidentes -por lo menos en
nuestro territorio- en la necesidad de los usuarios de tratar de hacer evidente su
condición y éxito social, manifestándolos mediante la compra de materiales
constructivos contemporáneos, pese a que en la mayor parte de los casos
representan una disminución en su calidad de vida. Muchas personas consideran
que vivir en casas construidas con barro es sinónimo de retraso cultural y de
insalubridad, debido al desprestigio que ha sufrido este material al ser considerado
subdesarrollado y de mala calidad. Sin embargo, como se ha demostrado y
divulgado desde hace unos 30 años, la mayoría de los problemas y debilidades de
los sistemas constructivos de tierra cruda no se derivan de la composición física
de la materia prima o de la tecnología que manejan, sino que surgen, por un lado,
de la pérdida de la destreza constructiva que se había mantenido viva desde tiempos
muy remotos, a través de la tradición, y por otra parte, del olvido de la cultura del
mantenimiento y conservación.
Si la arquitectura de tierra se diseña y construye de manera adecuada y se
le proporciona el mantenimiento periódico que requiere, resulta tan estable y
duradera como la construida con el resto de los materiales y sistemas constructivos.
Aunque existieron arquitectos que han promovido la recuperación de la
arquitectura tradicional de adobe desde los años cincuenta, el reciente interés por
este campo se inicia hace tres décadas, como resultado de la búsqueda de opciones
ecológicas que pudieran enfrentar, de alguna manera, el problema energético que
entró en crisis en 1973. En ese momento se inicia una revaloración y transferencia
del conocimiento de los artesanos a los arquitectos, conjugada con los hallazgos
de los especialistas que investigan, por un lado, el pasado de la cultura y, por otro,
la tecnología constructiva moderna.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 82
Esta búsqueda no se basa sólo en una inclinación de tipo romántico que
pretende rehuir el presente por considerar que "todo tiempo pasado fue mejor",
sino que parte de la, cada vez más, apremiante necesidad de recuperación del
medio ambiente. Esta arquitectura que ha sido desplazada por la "alta tecnología"
tan en boga en nuestros días, ofrece posibilidades mejor adaptadas ecológicamente
a la satisfacción de las necesidades actuales y futuras de la sociedad.
Hay que tener en cuenta que no se está hablando de un concepto nuevo
cuya incorporación en la cultura implique una transformación en la forma de
vida de las comunidades pues, como menciona Doat1 (1996:11): "hoy la mitad de
la población del mundo habita en construcciones de tierra". Aunque la mayor
parte de estas personas corresponden a estratos de población de escasos ingresos
en regiones deprimidas económicamente, hay que llamar la atención hacia el
impulso que han recibido estas tecnologías en países como Alemania, Francia o
Estados Unidos, donde se ha visto cómo personas de niveles económicos medios
y altos, conscientes de la problemática energética mundial, han encontrado en la
arquitectura de tierra una manera de reaccionar ante la creciente invasión de
materiales sintéticos. Por ejemplo, una encuesta de los años ochenta relacionada
con la vivienda de adobe de la región de Tucson, Arizona, muestra la visión
emocional que vincula a la gente con el material. El documento2 comentaba que
"la casa está hecha con muros vivientes; la gente está contra lo artificial, el plástico,
el mundo manufacturado, ven su casa natural, salida de la tierra. El adobe es uno
con la naturaleza. Los muros gruesos dan sensación de seguridad. La casa de adobe
crea un ambiente armónico con la región del Suroeste. La casa se ajusta al contexto
del desierto: le pertenece".
En otro texto de los años ochenta se aclara que "la construcción en tierra
no implica de ninguna manera un aprovechamiento restringido a clases sociales
particulares: tradicionalmente todo el mundo hace uso del mismo material de
base. Construidas así, la mayoría de las edificaciones fueron y siguen siendo
viviendas urbanas o rurales. De esta forma se ha desarrollado una destreza, a la
vez erudita y popular, que se traduce en una asombrosa variedad de funciones y
formas a través de las cuales se experimentan las especificaciones culturales de
los constructores. Tanto en las regiones frías como en las más cálidas, de
Escandinavia al Ecuador y hasta el Sur de África, ellos han adaptado la construcción
en tierra a las fuerzas climáticas más diversas. Bien utilizado este material ofrece
dondequiera un confort térmico muy apreciado que asegura una regulación natural
y óptima entre las temperaturas exteriores e interiores" (Centro Georges Pompidou
INAH, 1985: 4). Pero, pese a su amplitud de uso y de los valores culturales que representa,
la arquitectura de tierra ha sido muy poco estudiada de manera sistemática, y en
las escuelas de arquitectura prácticamente no se enseña.
1 No existen datos precisos al respecto. En textos como Las arquitecturas de tierra se sugiere otra cifra al indicar que "un tercio de la población mundial vive en casas hechas de tierra" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 8).
2 Se trata de comentarios publicados en la Introducción a la edición francesa de Doat (1996:12).
Viviendas suburbanas de Cuzco, Perú
3 Véase Guerrero, 1994: 123; 1996:150; 1997: 167y2000:170.
83 La arquitectura de tierra
En nuestro país este tipo de arquitectura se
ha ido valorando, cada vez, con mayor seriedad; se
reconocen las ventajas que presenta, sobre todo desde el
punto de vista de su relación con la naturaleza. Los
valores ecológicos de esta técnica constructiva son
mucho muy amplios. En el presente texto se tratará de
exponer una serie de características que lo demuestran.
Como se ha expuesto en otros trabajos3 la
arquitectura de tierra es la que mayor apego a la natu
raleza presenta, si se le compara con cualquier otro
sistema constructivo tradicional o industrializado.
Este atributo se deriva de la abundancia de la materia
prima con que se construye y de la sencillez de sus
métodos de extracción y transformación. Los sistemas constructivos son esen
cialmente manuales y escasamente tecnificados, permitiendo el desarrollo de di
seños con una alta flexibilidad formal, en la que los propios usuarios pueden
construir y reparar sus estructuras. Se trata de una tradición constructiva ances
tral cuyas cualidades térmicas le proporcionan una alta eficiencia en todo clima,
además de la unidad de imagen de conjunto e integración visual al paisaje que
poseen, por estar realizados con los mismos componentes del entorno. Y final
mente, cuando el ciclo de vida de estas obras termina, pueden ser recicladas
como materia prima o ser reintegradas al medio natural sin ejercer ningún im
pacto nocivo sobre él.
Es necesario aclarar en este punto que las cualidades ecológicas de un
determinado material o sistema constructivo están en relación directa con el sitio
en el que se vaya a ubicar la obra arquitectónica. El material que más abunde en la
localidad, y cuya transformación en sistema constructivo implique la menor
agresión al medio natural, va a ser el material más apro desde el punto de vista
ecológico.
Por ejemplo, existen regiones en las que es mucho más fácil la extracción,
transporte y corte de piedra, debido a su abundancia. En estos lugares la tierra a
veces resulta más difícil de encontrar y trabajar. El iglú es la edificación eco
lógicamente más apta para regiones árticas, en las que la abundancia del hielo y su
facilidad de manejo permiten utilizarlo como materia prima básica.
Lo mismo sucede en zonas tropicales en las que el uso de la madera, el
carrizo o el bambú no tiene un impacto que empobrezca el medio natural, por lo
que, los materiales resultarán ecológicamente más apropiados que el adobe o el tapial. Lo mismo puede decirse de las ciudades en las que ya es casi imposible
conseguir materiales naturales, de modo que la construcción con combinaciones
apropiadas entre nuevos productos con otros hechos a partir de desperdicios
reciclados podrá constituir la arquitectura más "natural".
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 84
Con esto se quiere subrayar que de ninguna manera se considera que la
arquitectura de tierra sea el remedio para todos los problemas de habitabilidad
del planeta, como se llegó a pensar hace unos 20 años. Solamente se plantea la
posibilidad de la recuperación y el diseño de edificios de barro en todos aquellos
sitios en los que por motivos tradicionales, económicos y ecológicos, resulte un
medio adecuado para proporcionar una mejor calidad de vida a la población.
Finalmente hay que decir que la idea de preservación del ambiente está
también relacionada con el campo de la conservación y restauración del patrimonio
edificado, ya que aunque estas disciplinas tienen como objetivo central la
salvaguardia y transmisión de los valores históricos y estéticos al futuro, de manera
indirecta implican la disminución del ritmo de la edificación moderna. La con
servación de los inmuebles históricos, además de permitir que se mantenga viva
una tradición milenaria, de servir como testimonio del desarrollo tecnológico y
fuente de aprendizaje para las generaciones venideras, posibilita el máximo
aprovechamiento de los recursos existentes. La reutilización racional de los
edificios del pasado, independientemente de su antigüedad, evita la generación de
nuevas obras, con el consecuente ahorro de energía e insumos materiales.
De este modo, es posible vincular los campos del diseño y de la
conservación de la arquitectura de tierra con un objetivo que al final conduzca al
mejoramiento de la calidad de vida de la población, mediante criterios de
sustentabilidad y bajo impacto sobre el medio ambiente.
La materia prima La tierra del suelo que es la materia prima fundamental para los diversos sistemas
constructivos, tratados en este texto, es muy abundante en nuestro planeta. En casi
cualquier latitud es posible encontrar a poca distancia de la superficie material
adecuado para construcción. Hugo Houben y Patrice Doat afirman4 que "las
arcillas y tateritas propicias para la construcción constituyen el 74% de la corteza
terrestre".
La cercanía de las construcciones a la mayor parte de las fuentes de
obtención de este recurso, elimina de manera radical los gastos de transporte y la
contaminación que éste suele generar.
La composición de la tierra que resulta más apta para la edificación está
íntimamente relacionada con el tipo de sistema constructivo que se vaya a emplear.
Aunque es posible usar casi cualquier tipo de barro, como lo prueba la diversidad
de obras presentes en todo el mundo, existen determinadas proporciones que son
más eficientes para las condiciones específicas de cada obra y región geográfica
(McHenry, 1984:68).
El agua también es muy importante dentro de los procesos de fabricación
de los elementos constructivos, así como durante la propia edificación. El agua
cumple dos funciones básicas: en primer lugar permite el desplazamiento de los
4 Esta información se cita en el texto Las arquitecturas de tierra (Centro Georges PompidouINAH, 1985: 12).
Corral construido con adobe cerca del poblado de Balleza en el estado de Chihuahua
85 La arquitectura de tierra
componentes sólidos de la mezcla. Transporta los componentes más diminutos
entre las partículas de mayor tamaño ayudando a la obtención de una composición
homogénea; en segundo lugar, el agua funciona como activante de las propiedades
"adhesivas" de la arcilla y de otros materiales que se utilizan como aglutinantes,
que al hidratarse generan atracciones electrostáticas a escala cristalina o molecular
sobre el resto de los componentes.
Extracción Las técnicas requeridas para la extracc10n de la tierra suelen ser bastante simples.
Debido a que al edificar, normalmente se realizan excavaciones para construir los
cimientos y ubicar las instalaciones hidro-sanitarias, una parte importante de la
materia extraída puede ser transformada en material constructivo.
Los estudios modernos de geología y edafología han permitido verificar
científicamente los motivos que tradicionalmente han condicionado la selección
de determinadas composiciones y dosificaciones de la tierra utilizada para
construir ( CONESCAL, 1982: 16).
El suelo que conforma la corteza terrestre está constituido por una serie
de capas superpuestas, resultado de la transformación de la roca del subsuelo, por
el ataque de diversos agentes físico-químicos, así como de la acumulación de
partículas que el viento y el agua han ido arrastrando de un lugar a otro durante
milenios.
La tierra proveniente del estrato exterior del suelo y que se conoce como
"capa orgánica", no es conveniente para fines constructivos debido a que puede
presentar fuertes variaciones como resultado de cambios climáticos. Además, es
muy propicia para la formación de flora y fauna parásita en su interior.
La región del suelo más alejada de la superficie es un estrato de transición
con alta densidad. La materia que lo compone tampoco es adecuada para construir,
debido a su homogeneidad granulométrica y dificultad de compactación. Sin
embargo, es posible emplearla en cierta proporción
como material agregado, tal como se hace para la
preparación del concreto.
Entre las dos franjas mencionadas se localiza
una capa que casi no contiene materiales orgánicos, y
que está constituida por arcilla, limo, arena y grava.
Debido a sus características físico-químicas y a su com
posición granulométrica, es la que mejores cualidades
manifiesta para ser empleada en la construcción.
Para los fines de la arquitecrura de tierra
resulta tan importante la variedad dimensional de los
componentes del suelo como sus características
químicas. La tierra de este estrato está compuesta por
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 86
partículas de distintos tamaños que al estar intercaladas entre sí, forman un conjunto
muy estable. Los componentes de mayor tamaño constituyen la grava, luego le
sigue la arena, después el limo y finalmente la arcilla, que por la estrucrura y
organización de los cristales que la conforman se hidrata fácilmente y sirve como
aglutinante del resto de los elementos.
Las propiedades de los suelos van a variar en función de las proporciones
relativas de presencia de estos cuatro componentes. Si la tierra es arenosa, aunque
presente gran estabilidad ante los cambios de humedad, la falta de arcilla la volverá
deleznable. En cambio, una tierra arcillosa presenta alta cohesión, pero la ausencia
o presencia del agua le provocan cambios volumétricos capaces de generar fuertes
agrietamientos en su constitución (Guerrero, 1994:19-23).
Transformación en material constructivo Algunos documentos publicados por el gobierno del Reino Unido han puesto de
manifiesto el hecho de que los edificios generan, al menos, la mitad de las emisiones
de carbón de aquel país, y que la industria de la construcción es uno de los más
grandes consumidores de recursos naturales minerales y petroquímicos (Woo!ey,
2000:352).
Pese a que diversos grupos ecologistas del mundo han tratado de evidenciar
este grave problema, se presenta la paradoja de que la arquitectura de tierra rara
vez se incluye dentro de la clasificación de la "edificación verde". Estos grupos se
han centrado, en gran medida, en la promoción de "materiales alternativos", pero
en lugar de fijar su atención en las técnicas tradicionales, buscan el desarrollo de
nuevas tecnologías. Por otra parte, muchos arquitectos que se interesan por la
moda del diseño de los edificios "ecológicos" y, que incluso, aparecen en
publicaciones ubicados como creadores de diseños bioclimáticos o ecotécnicos,
ven el "diseño verde" como algo esencialmente estilístico y producen edificios
que poseen toneladas de aluminio, acero, plástico y vidrio. Se suele ignorar que
esos criterios de caracterización del "diseño medioambientalista" se preocupan
sólo por la conservación de una parte de la ecología, como puede ser la utilización
de la climatización solar.
Diseñar arquitectura ecológica no consiste sólo en construir edificios más
eficientes energéticamente, al reducir el uso de sistemas de climatización, o peor
aun, construcciones sólo con "apariencia bioclimática". Resulta fundamental hacer
conciencia acerca del impacto que representa para el ambiente la transformación
de la materia natural en material constructivo. 5
Datos de 1985 indican que "en el Tercer Mundo, la toma de conciencia
política con respecto a las potencialidades de la arquitectura de la tierra comienza
a cristalizarse. Ante todo, gracias a las dudas crecientes relativas a las implicaciones
económicas de las importaciones abusivas de materiales de construcción que,
según la ONU representaban, en 1965, el 2,6% del total de los Productos Nacionales
5 Wooley (2000:353) no sólo cuestiona el uso de materiales comerciales de construcción, sino que critica incluso la utilización de materiales esencialmente contaminantes, como pueden ser las pinturas que poseen componentes orgánicos volátiles. Considera que un ''material verde" es aquel que no sólo evita la contaminación al fabricarse y utilizarse, sino que además es reciclable, de fácil mantenimiento y por tanto, sustentable a largo plazo.
Ruinas de la ciudad prehispánica de Paquimé, Chihuahua
6 Bardou (1979: 29) denomina a esta técnica "bolas o panes de tierra''.
87 La arquitectura de tierra
Brutos de los países africanos y el 3.6% en 1972 (5 a
8% del valor total de las importaciones en África),
lo que representa más de 2 mil millones de dólares.
Igualmente por las estimaciones del enorme costo
energético que en todas direcciones desencadena
esta alternativa y por la dependencia política y fi
nanciera que contribuye a reforzar entre los países.
Pero también por sus implicaciones sociales: las
tecnologías occidentales no sólo se revelan como
muy costosas en la compra y la utilización, sino
que también son concebidas para reducir al míni
mo la mano de obra, que es reemplazada por el traba
jo del capital. Ahora bien, en los países desprovistos,
la mano de obra existe en superabundancia, mientras que los capitales locales son
débiles" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 9).
Para transformar la tierra en material constructivo no se emplean grandes
cantidades de energía ni se usa la combustión de recursos no renovables como los
subproductos del petróleo o el carbón, como sucede con el cemento, la cal o los
materiales cerámicos, por lo que se evita también la contaminación atmosférica.
Se trata de un proceso tan natural que se ha venido generando sin la
intervención de la mano del hombre en amplias regiones de la corteza terrestre.
De los continuos ciclos de humidificación y secado del suelo, han dependido
desde el crecimiento de los vegetales, hasta la formación de montañas y cañadas.
Sistemas constructivos Los sistemas constructivos en tierra son tan sencillos que no requieren del uso de
maquinaria sofisticada, y la mano de obra que se utiliza para la edificación se
reduce al mínimo.
En cada región del planeta históricamente se han desarrollado con base
en "ensayos y errores", innumerables técnicas y recursos formales, para sacarle el
mayor provecho posible a la tierra como material constructivo y para resolver de
la manera más natural, las necesidades de cada civilización. Pero, no obstante la
diversidad de técnicas desarrolladas, es posible realizar una abstracción de sus
rasgos y ubicarlas dentro de las cuatro categorías que se exponen a continuación:
la tierra modelada, el tapial, el adobe y las técnicas mixtas (Viñuales, 1981: 7).
La tecnología constructiva más elemental y por tanto posible antecesora del
resto de los sistemas constructivos de tierra, es la que se conoce como "moldeado
directo", y consiste en la elaboración de estructuras como si se tratara de cerámica
modelada. Se aprovecha la plasticidad del barro húmedo y se le da forma sin la ayuda
de ningún tipo de molde, gavera o cimbra. El barro se toma con las manos, presionándolo
y modelándolo hasta obtener una bola6 de unos 15 o 20 centímetros de diámetro. Con
Introducción a la Arquitecrnra Bioclimática 88
esta masa se conforman los muros, al arrojarse con fuerza y por capas, a lo largo de
toda la estructura. Cada capa puede recibir a la siguiente hasta después de que ha
pasado el tiempo necesario como para permitir su secado y así evitar que el peso de
las secciones superiores provoque el derrame de las inferiores. Los muros se van
levantando poco a poco dándoles forma con las manos, de manera que se obtenga un
espesor lo más uniformemente dimensionado y compactado. Es posible allanarlos
mientras se encuentra el material parcialmente fresco, utilizando alguna herramienta
cortante como una pala o machete.
No obstante la aparente simplicidad de este sistema constructivo,
manteniendo espesores de muro de 50 centímetros como mínimo, es posible
realizar edificaciones de dos o más niveles de altura. Un número importante de
edificios en África y en la península Arábiga ha sido construido con esta técnica,
y su eficacia se evidencia en la duración que han alcanzado. Existen hipótesis
recientes de que la ciudad de Paquimé, en el norte de Chihuahua, fue edificada
con esta técnica. La idea de que se trataba de estructuras construidas mediante el
sistema de tapial, se ha cuestionado después de analizar el patrón de deterioro de
los muros y la ausencia de juntas entre los bloques que los conforman.
La técnica constructiva que se conoce como "tapial", "tapia pisada" o
"tierra apisonada", " ... es un procedimiento por medio del cual se construyen casas
con tierra, sin sostenerlas con piezas de madera y sin mezcla de paja o relleno. Este
método consiste en apisonar, capa por capa, en medio de dos tablones con el
espesor normal de los muros de piedra, tierra preparada con este propósito.
Apisonada de esta manera, la tierra se liga, toma consistencia y forma una masa
homogénea, que puede ser elevada hasta la altura necesaria para una casa". 7
Normalmente se ejecutan tramos de muro, de aproximadamente 2 a 3 metros de
largo, por uno de alto y 60 centímetros de ancho. Las capas que se van apisonando
de manera paulatina dentro de la cimbra requieren poca cantidad de agua para
poderse compactar, por lo que la tierra debe ser de preferencia arcillosa para
conseguir mayor adherencia y cohesión. Con la
finalidad de que el proceso sea continuo y se logren
muros homogéneos, una vez concluido cada bloque,
la cimbra se desplaza de manera horizontal para
constituir hiladas completas, hasta completar la altura
total del nivel requerido.
La experiencia demuestra que la estabilidad
de los muros se alcanza mediante una relación de
esbeltez ubicada entre 1:10 y 1:14. Es decir, que si se
construyen muros de 50 centímetros de espesor podrán
resistir un máximo de 7 metros de altura. Sin embargo,
en caso de que se requiera una altura menor, el espesor
del muro no podrá ser menor a los 40 centímetros,
7 Tomado del texto de 1790 de Ftan~ois Cointeteaux, Les cahiers de l'Ecole de Architecture Rurale, (Doat, 1996: 19).
Fabricación de una sección de muro de tapial
8 Hays (1984: 138) tomó estos datos durante una experiencia realizada en el Perú.
9 Estos datos fueron reportados por Doat (1996:60-61).
89 La arquitectura de tierra
debido a que los operarios que apisonan el material, tienen que meterse al cajón
que sirve de cimbra y requieren de movilidad para su labor.
El procedimiento se puede sintetizar en los siguientes pasos. Primero se
coloca la cimbra sobre la superficie del suelo o del tramo de tapial ya edificado,
verificando la verticalidad de las caras con una plomada. Se limpian las caras
interiores con una cuchara. Después se vierte la tierra ligeramente húmeda,
repartiéndola dentro de la cimbra para formar una capa de altura uniforme a todo
lo largo y ancho del molde. El operario compacta metódicamente la capa de tierra
dando entre 11 O y 140 golpes por cada capa. Se necesitan entre 7 y 1 O capas de tierra
para llenar una cimbra de 70 cm de altura.
Las cimbras que se utilizan en Perú, por ejemplo, miden por lo general de
160 a 180 cm de largo, 40 cm de ancho y 70 cm de altura. Esto les da bastante
ligereza y maniobrabilidad. Una vez que se ha llenado la última capa, se retiran
las varillas transversales que dan rigidez y paralelismo a la cimbra y se abre para
desmoldar el bloque terminado, colocándolo inmediatamente a continuación, para
iniciar el siguiente bloque. Para lograr una pieza bien compactada se necesitan
entre 20 y 30 minutos. Un operario con dos ayudantes pueden llegar a hacer hasta
12 tapias por día. 8
La forma de los pisones que sirven para compactar la tierra varía según la
tradición de cada localidad. En Suecia, por ejemplo, se utilizan tres tipos de pisones,
en función de la zona de la superficie que se vaya a presionar: el centro, los bordes
o las esquinas. La diferencia consiste en la forma de la punta que a veces se presenta
como cuña y otras con un área plana. En otros países como Brasil y Australia se
utiliza un solo tipo de pisón. El peso de esta herramienta es muy importante para
asegurar una compactación entre 80 y 250 g/cm", y sobre todo para evitar, en la
medida de lo posible, la fatiga de la persona que ejecuta el trabajo. La superficie de
la base no debe ser menor a los 64 cm" ni mayor a los 225 cm", y el peso de la base
debe estar entre los 5 y los 9 kg. 9
Este sistema suele conservarse durante muchos años debido a que no
presenta pudrimientos ni parásitos, porque no incluye vegetales o residuos
animales en la mezcla de tierra.
La tecnología de tapial ha sido beneficiada con la incorporación de dos
herramientas fundamentales: las cimbras ligadas con estructuras metálicas,
derivadas de la tecnología del concreto armado, y los pisones neumáticos. Con
estos componentes se hace más rápida la operación de cimbrado y descimbrado, y
se logra una compactación más uniforme y con menor esfuerzo.
La tercera técnica constructiva que se conoce es el "adobe", y ha sido la
de uso más frecuente en nuestro país y en el resto del mundo. Seguramente el
origen de los ladrillos de adobe lo podemos encontrar en amasijos de barro
burdamente modelados y secados con ayuda del aire y el sol. Históricamente han
existido adobes de muy diversas formas, dependiendo básicamente del molde que
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 90
se utilizaba para su elaboración. Los hay cónicos, cóncavos, dentiformes y
piramidales, pero los que mayor difusión alcanzaron fueron los paralelopípedos.
Sus dimensiones también han ido evolucionando hasta lograr un tamaño que
facilitara su transporte, almacenaje y manejo, pero manteniendo la resistencia de
las estructuras edificadas. Los más comunes miden aproximadamente 40 x 30 x 10
centímetros. La construcción con adobe se realiza de modo similar al de los sillares
de piedra o los ladrillos de barro cocido, pero utilizando una mezcla hecha con un
barro de composición similar a la de los adobes.
Tradicionalmente la tierra para fabricar los adobes se mezclaba con algún
material que le proporciona cohesión interna, como pueden ser fibras vegetales:
paja, cáñamo, hojas secas, virutas de madera o cortezas. Es común el empleo de
las excretas de ganado bovino o equino. También, es posible agregarle materiales
consolidantes como pequeñas cantidades de cal o cemento, o sustancias
hidrófugas como el asfalto y el mucílago que contienen algunos vegetales.
La mezcla se deja reposar uno o dos días para que se descompongan los
materiales no fibrosos y se procede a fabricar las piezas vaciándolas dentro de
unas "gaveras" o moldes de madera sin fondo. El barro húmedo se comprime en la
gavera con la mano y su superficie se enrasa para poder desmoldar los adobes
sobre un piso seco, que previamente ha sido regado con arena fina. Posteriormente,
se dejan secar a la intemperie de tres a cinco días, después de los cuales se voltean
de canto para permitir un secado homogéneo. Es recomendable evitar que reciban
los rayos directos del sol en los dos primeros días del secado para que no se
agrieten las piezas durante el periodo de mayor contracción. El secado y
endurecimiento final dura de tres a cuatro semanas, cuando ya pueden ser
apilados para su almacenaje o utilizados directamente en la obra.
Esta tecnología ha permitido la ejecución de columnas, muros, arcos,
bóvedas y cúpulas, hilada por hilada, formándose estructuras que pueden llegar a
funcionar monolíticamente cuando se han realizado de manera correcta.
Mediante el empleo de máquinas compactadoras, de diseño bastante
simple, se ha hecho más eficiente la producción de ladrillos de tierra a pequeña
o gran escala, proporcionándoles una solidez adicional como resultado de la
densificación de la materia prima. Además, también ha sido posible eliminar
la necesidad de colocar residuos vegetales como armazón de los bloques, con
una mejora decisiva en el campo sanitario, al eliminar posibles refugios de fauna
menor.
El último sistema que se expone es el que se conoce bajo los nombres de
"bahareque", "bajareque", "quincha", "enjarre" o "embarrado", y se caracteriza
por la edificación de un esqueleto armado utilizando carrizos, cañas o varas
flexibles que forman una retícula trenzada y amarrada a postes de madera clavados
en el suelo, a cuyas superficies se agrega lodo similar al que se utiliza para fabricar
adobes, en capas de 3 a 6 centímetros de espesor por ambas caras.
91 La arquitectura de tierra
Esta técnica ha pervivido casi srn cambios en muchos sitios tropicales de
nuestro territorio. Normalmente las construcciones se inician mediante el armado
completo tanto de la estructura portante de madera, como del entramado de los
muros. Después se colocan las techumbres, de modo que exista una protección
ante la intemperie durante la aplicación de las capas de barro, para evitar
deformaciones o agrietamientos al irse secando el recubrimiento.
Recursos formales "El intenso placer que acomete a las civilizaciones tradicionales al manipular el
ornamento -como si fuera el signo de un élan vital- se traduce en el genio
creativo, artístico y decorativo de las arquitecturas de la tierra: tallado en los
muros o aplicado en relieve él es, por turnos, abstracto, gestual, geométrico,
simbólico o figurativo. El modelado de la tierra permite una auténtica diversidad
de lenguajes plásticos en los cuales se experimentan las pulsiones creativas más
profundas" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985:5).
El resultado formal que se logra con el uso de estructuras de tierra cruda
genera una gran riqueza y flexibilidad, debido a la maleabilidad del material. Es
posible elaborar todo tipo de muros, muretes, columnas, arcos, bóvedas y cúpulas,
con la única condición de que durante su diseño y ejecución se vigilen
cuidadosamente sus uniones estructurales. La clave para lograr estructuras que se
comporten de una manera estructuralmente adecuada deriva de la homogeneidad
de los componentes constructivos.
Un recurso que ha tenido importantes beneficios para el medio natural
consiste en la utilización de cubiertas y entrepisos estructurados de manera
"autoportante". Se trata del diseño de sistemas de arcos, bóvedas y cúpulas que
eliminan la necesidad de usar materiales constructivos que trabajen a tenso
compresión, como la madera, el acero o el concreto armado, cuya producción,
como se mencionó anteriormente, tiene muy graves impactos sobre el ambiente y
los recursos naturales.
Debido a la baja resistencia de la tierra y a la conformación de sistemas
constructivos preparados para recibir y transmitir cargas verticales, resulta muy
vulnerable ante la presencia de fuerzas horizontales y movimientos ondulatorios.
Sin embargo, cuando estos sistemas están diseñados adecuadamente, han mostrado
comportamientos aceptables incluso frente a terremotos, resistiendo -bajo ciertas
condiciones dimensionales- mejor que otros materiales más rígidos.
Los sistemas que trabajan a compresión permiten que los esfuerzos
producidos por la transmisión de las cargas estáticas, desde los componentes más
altos hacia el terreno, lo hagan apoyándose unos sobre otros, sacando el máximo
provecho posible de la capacidad de resistencia de las distintas piezas.
Las estructuras que transmiten los esfuerzos de manera más continua entre
sí, son aquellas en las que no existen aristas que los puedan desviar, es decir,
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
donde los cambios de dirección de los empujes, tanto
laterales como de arriba hacia abajo, sean siempre
graduales. Una estructura en la que no sólo los
esfuerzos están uniformemente distribuidos, sino que
además, el sistema se comporta unitariamente.
Esto sólo sucede cuando las formas
direccionales de sus empujes son curvas, tanto en
planta como en alzado. La forma más estable en este
sentido sería una media esfera apoyada en el suelo
sobre su ecuador, donde las cargas permanentes
derivadas de su peso, y las eventuales como sismos,
hundimientos diferenciales o corrientes de aue, se
transmiten en forma ininterrumpida por toda la
estructura.
92
La creación de combinaciones de domos, con un10nes libres y orgamcas
mediante paraboloides o hiperboloides, aunque ya no obedecen de manera tan
estricta a un trabajo compresivo continuo, su cercanía con el modelo es tal, que su
comportamiento estructural es prácticamente ideal. Las posibilidades de
creatividad plástica con base en estas formas son casi infinitas y sin embargo, han
sido muy poco trabajadas a lo largo de la historia de la arquitectura.
El empleo de arcos, bóvedas, cúpulas apoyadas en muros de carga, así
como secciones de cilindro y muros ortogonales con esquinas boleadas, presentan
un comportamiento estructural muy similar al antes expuesto, y altamente eficiente
para construcciones de tierra.
Normalmente los edificios se enfrentan a una vasta gama de condiciones
diferentes de carga. Si cada elemento ha de ser lo bastante fuerte como para resistir
él solo la carga máxima a que puede estar sometido, sus dimensiones habrán de ser
enormes. Pero cuando un edificio es "continuo", de modo que cada una de sus par
tes ayude a sostener la carga, la naturaleza imprevisible de los esfuerzos no provoca
ninguna dificultad. Cada elemento puede ser comparativamente más pequeño
porque la continuidad del edificio distribuirá las cargas, por grandes que sean,
entre todos sus miembros y actuará como un todo ante ellas.
La continuidad de un edificio depende de sus conexiones. Es muy difícil,
casi imposible, crear conexiones continuas entre materiales diferentes, por ello es
esencial que el edificio esté construido con un solo material que establezca la
unidad entre un miembro y otro.
Finalmente, en los sitios donde el subsuelo lo permite por su consistencia
y baja humedad resulta conveniente edificar locales semienterrados. En estos casos,
la altura final disminuye, con lo que las estructuras se vuelven más estables, ya
que presentan una menor longitud de oposición ante empujes.
Maqueta de una bóveda de cañón corrido
93 La arquitectura de tierra
Además, las habitaciones semienterradas presentan una menor superficie
de fachada expuesta al exterior, alcanzando un considerable aumento en la inercia
térmica, al estar conformadas en cierta medida por el suelo mismo. Por estos
motivos, los locales tendrán mayores rangos de confort en su interior, aspecto
determinante en sitios con climas tales que en la noche las temperaturas llegan a
bajar mucho y en el día el calor se vuelve insoportable.
"Un edificio es como una planta, sometida a las mismas leyes a que las
plantas se someten, tanto hacia lo alto como en lo profundo, y el estudio de la
Naturaleza en consecuencia es el único estudio digno para un arquitecto ... Vemos
aquí, en estas conchas marinas, viviendas de estas vidas primarias del mar, la casa
natural que concreta exactamente lo que según parece nos falta a nosotros: vivir
de una manera hermosa, naturalmente inspirada. Observen la innata capacidad de
invención que se revela en esta colección de diminutas residencias por cientos de
pequeñas criaturas naturales. Cada una ha edificado su propia casa con una variación,
bella y decidida, que no se agota nunca ... se trata de un principio natural actuando
en un diseño natural.
"Estudiad, por eso, a estos organismos y veréis que, aunque sólo se observe
un principio general en todos ellos y todas estas pequeñas cosas hacen lo mismo
para llegar al mismo fin, no lo hacen de la misma manera. Todas estas casas armonizan
eventualmente porque obedecen al mismo principio. Si queréis una lección de
estructura orgánica donde lo que llamamos ornamento sea una apropiada secuencia
y consecuencia de la forma y el método ... donde la estructura está dada por la
escasez de materia prima y todo obedece a un propósito ... aquí la tenéis" (Lloyd
Wright, 1966: 17y92).
Cualidades térmicas Es probable que la cualidad más reconocida y difundida de las construcciones de
barro sea la que se deriva de las propiedades térmicas de sus componentes. Como es
sabido, los espacios delimitados por estructuras de adobe o tapial permiten mantener
amplios rangos de confort interior en los locales, aunque los edificios se encuentren
en zonas con climas extremosos. De esta manera es innecesario el uso de sistemas de
calefacción y aire acondicionado, con el consecuente ahorro de energía.
Los muros de tierra presentan una conductividad térmica débil y una
capacidad calorífica elevada que hace que retengan el paso del calor que, por las
leyes de la termodinámica, tiende a desplazarse de las áreas de mayor a las de
menor temperatura. Las cualidades se derivan principalmente de la masividad de
los elementos estructurales. Entre más grueso sea un muro mayor inercia térmica
poseerá, es decir, el tiempo que tarda en ganarse o perderse calor será mayor, de
manera que se tienen rangos de confort térmico más amplios en el interior de las
habitaciones.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Así, en momentos en los que la temperatura exterior es muy
elevada, como sucede durante los días de verano, el calor tarda varias
horas en traspasar los muros y para cuando lo hace, el calor del exterior
ha descendido, de modo que tiende a regresar lentamente hacia afuera
de las construcciones, enfriándose el interior lentamente.
Para lograr mayor eficiencia en estos procesos se han
diseñado diversos recursos adicionales al uso de la tierra como
materia prima básica de la construcción, dentro de los que se
conoce como arquitectura solar pasiva. Algunos de estos recursos
consisten en diseñar edificios en los que exista el menor número
posible de barreras, para que el aire circule de manera
homogénea por todos los rincones. Se busca también incorporar
superficies formadas por capas aislantes que aumenten las
propiedades térmicas de las estructuras. En viviendas en las que
se utilizan calentadores basados en grandes vidrieras por las que
el sol penetra durante el día y que se cierran mediante cortinas o
persianas aislantes, para que durante la noche no se pierda el calor
recibido, se recomienda incorporar estas capas aislantes incluso
bajo toda la superficie del suelo. Se hace una excavación de medio
metro más o menos, se incorpora la capa aislante y se rellena la
excavación con tierra similar a la de los muros.
94
En una descripción que Bardo u (J 979: 112) realiza acerca de la vivienda
bioclimática conocida como David Wright's House, explica que "El calor recibido
a lo largo de todo el día es acumulado en las diferentes masas interiores, bien
aisladas en el lado exterior (muros, suelo de 60 cm) por una piel de poliestireno,
aumentada con un terraplén contra la fachada norte; la masa total de la casa
está compuesta por unas 140 toneladas de adobe (o sea 94 m"') y por 1.6 toneladas
de agua (almacenada en ocho bidones de 200 litros), que representa una
capacidad térmica de 130 000 kJ/°C (adobe) + 7000 kJ/°C (agua). Esa masa
funciona como "una esponja de calor" que empieza a restituir con cierto desfase
con respecto al momento en que baja la temperatura interior (unas dos horas);
este desfase constituye el "volante térmico" propio de la naturaleza misma de
la masa de acumulación". El autor reporta que después de una serie de
monitoreos en los que se analizaba comparativamente la temperatura del
exterior y del interior en invierno, cuando afuera de la casa se tuvieron entre -
15 °C y 10 °C, en el interior había entre 10 °C y 25.5 °C.
La concepción bioclimática de la arquitectura, parte del principio de que
la construcción debe ser climáticamente coherente con el contexto geográfico en
el que se ubique, ya que puede desempeñar las funciones de captación,
almacenamiento, distribución, disipación y control del calor que entra o sale
utilizando los recursos propios de la arquitectura.
Restos de un molino movido por agua en la población de Oquitoa, Sonora
Vivienda tradicional en Texcalpan, Morelos
95 La arquirectura de tierra
Autoconstrucción y reparación Otra de las cualidades importantes de estas tecnologías, se deriva del hecho de
que las construcciones pueden realizarlas y repararlas los propios usuarios. De
esta manera existe una relación estrecha entre los problemas de diseño y sus
soluciones edilicias, permitiendo la generación de respuestas a las necesidades
más inmediatas y su adaptación al medio natural. Además, al utilizarse la mano
de obra local se evitan consumos de energéticos y contaminación, provocados por
la transportación de personal desde comunidades alejadas.
Esta arquitectura se fundamenta en el uso de tecnologías "apropiables",
en vez de técnicas tan sofisticadas y delicadas que se vuelvan asunto sólo de
especialistas que normalmente están más preocupados por mantener su rol social
que por mejorar la calidad de vida de la gente o contribuir en la solución de
problemas ambientales.
Las tendencias más recientes proponen una especie de "síntesis creativa y
operacional" entre las denominadas técnicas tradicionales y modernas, tratando
de acoplar aquellos recursos que satisfagan de manera más eficiente las necesidades
de la vida contemporánea, con las rutas tradicionales, y que los usuarios puedan
apropiárselas y dominarlas en lugar de padecerlas. Esta vía puede funcionar tanto
en el llamado Tercer Mundo, donde la arquitectura de tierra ha sobrevivido de
manera "natural", como en países desarrollados donde cada vez, con mayor ahínco,
se pretende "desburocratizar y democratizar lo que debería ser
una iniciativa cultural compartida". Es importante hacer notar
que tradicionalmente la construcción ha sido un conocimiento
compartido y conservado por la propia sociedad.
En este sentido cabe mencionar que "en los Estados
Unidos, 160 000 casas estaban siendo construidas por sus mismos
habitantes hacia 1970, y en 1980, en el estado de Nuevo México la
mitad de la producción de ladrillos de adobe estaba asegurada por
los usuarios que luego han construido, sin intermediarios, sus
viviendas en tierra. Esta realidad y sus considerables ventajas sociales
han sido hasta ahora gravemente negadas tanto en los países
occidentales como en muchos países en vías de industrialización.
Este concepto fundamental de autonomía de los usuarios, de las
colectividades locales o las sociedades es a la vez un medio y un fin.
En diversos dominios precisos ya ha sido aplicado: lo hemos visto
tanto en China como en los Estados Unidos. Esto supone que los
mismos usuarios definen las técnicas que utilizan en relación con los
recursos y las necesidades locales, la construcción en tierra permite
involucrar a las personas o grupos coordinados, permite también
una producción directa y mucha más independencia con respecto a
centralismos burocráticos e industriales".
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
En el mismo texto se ponen en evidencia las
diversas formas de "bloqueo" hacia la tecnología de
tierra, orquestadas por individuos que no consideran
que la economía del material sea una virtud. "Algunos
imperios industriales o multinacionales que producen
materiales de construcción, o ciertas oficinas de
estudios que fundamentan su uso masivo, buscan
lanzar (o a veces conservar) el descrédito de la tierra
para proteger sus mercados. Privilegiando después de
medio siglo la utilización predominante del cemento,
el acero, el aluminio y los derivados de los productos
petroquímicos, la arquitectura contemporánea
ortodoxa ha favorecido los monopolios industriales
96
que, por explotar estos mercados, razonan en términos de instalaciones gigantescas
de producción en las cuales el carácter devorador y profanador es notorio ... Así
pues, estas opciones económicas tienden a desencadenar el más importante
fenómeno de nuestro tiempo: el empobrecimiento de los pobres y el enriquecimiento de los ricos ... Bastantes arquitectos -y con mayor razón
numerosos ingenieros- ríen aún cuando se les habla de construir en tierra cruda:
no se les ha hablado de eso jamás durante sus estudios. Muchos de ellos son -
como la mayoría de los ingenieros- remunerados por el porcentaje del costo de
los trabajos: ¿es acaso ésta la mejor manera de alentar la investigación de alternativas
realmente económicas?" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 7, 8 y 11).
La diversidad existente en los sistemas constructivos y recursos formales
de la arquitectura de tierra, la hace adecuada tanto para una mano de obra muy
abundante y poco especializada, como para sistemas familiares y cualquier tipo
de práctica más tecnificada. Este hecho abre la oportunidad para que la
autoconstrucción o la generación de programas de "pleno empleo" puedan apoyar
a mejorar la calidad de vida de las sociedades más desprotegidas, y asi colaborar en
la democratización de sus actividades productivas, y en la medida de lo posible,
reducir algunos síntomas de la desigualdad social.
Tradición constructiva viva
Otro aspecto fundamental en la relación entre la arquitectura de tierra y la ecología,
es su permanencia durante siglos como mecanismo de adaptación equilibrada
entre el hombre y su ambiente circundante. Desde tiempo inmemorial los edificios
de barro han acompañado al desarrollo de la civilización.
Mucho se ha escrito acerca de la conservación del patrimonio histórico
como una forma de salvaguardia de la identidad de las naciones. Con frecuencia
se realizan inventarios y estudios históricos, se crean museos para su almacenaje
y cuidado, y se llevan a cabo monumentales acciones de restauración. Sin embargo,
Grupo de viviendas en Otuzco, Perú
Restos de uno de los palacios de la zona arqueológica de Chan Chan, Perú
97 La arquitectura de tierra
ese patrimonio que está vivo entre nosotros y que
conserva gran parte de la sabiduría de nuestros
antepasados; esos objetos, formas de vida, costumbres
y construcciones tradicionales se van dejando morir
sin que nadie haga nada por evitarlo.
"El arquitecto debe respetar la obra de sus
predecesores y la sensibilidad pública, no utilizando
sus obras como medio de publicidad personal. De
hecho ningún arquitecto puede evitar el uso de las
obras de los arquitectos que le precedieron; por más
que se esfuerce en ser original, la mayor parte de su
obra estará en una tradición u otra. ¿Por qué, entonces,
despreciar la tradición de su propio país o distrito?,
¿por qué introducir tradiciones ajenas en una síntesis artificial?" (Fathy, 1975:42). La preservación de la diversidad de soluciones arquitectónicas que
involucran a las distintas regiones donde ha evolucionado la arquitectura de tierra,
constituye un mecanismo de defensa ante el "imperialismo cultural". Al haberse
derrumbado el paradigma de la arquitectura internacional y de la búsqueda de
soluciones únicas aplicables en cualquier latitud, la revitalización de las respuestas
locales ha de ser el motor de la recuperación del patrimonio que representa la
pluralidad cultural.
Entender la manera en que los constructores del pasado lograron resolver
los problemas de adaptación a la naturaleza en cada región, es el punto de partida
para desarrollar nuevas soluciones tendientes a la generación de una arquitectura
ecológica. Las obras presentes y futuras se han de construir sobre el conocimiento
adquirido generación tras generación, para poder formar parte del proceso histórico
del que la arquitectura racionalista y funcionalista se quiso desprender.
Integración al paisaje natural y cultural Debido a que la materia prima de estos sistemas constructivos es extraída del
propio medio natural, la imagen que presentan las edificaciones está asociada de
manera indisoluble con su emplazamiento.
Además, la coherencia entre los sistemas constructivos que se utilizan
para edificar con tierra, la diversidad formal y la variedad de componentes,
establecen límites que permiten que los conjuntos adquieran una apariencia muy
armónica. Forman un paisaje artificial enteramente homogéneo y coherente con
el natural.
Los claros de puertas y ventanas suelen tener dimensiones bastante
parecidas, las relaciones entre vanos y macizos, las al turas en promedio de las
edificaciones, los volados máximos, las alturas de entrepisos, entre otros
componentes compositivos, presentan una limitación que obedece estrictamente
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
a los límites de resistencia estructural de la materia
prima, por lo que guardan una relación visual unitaria
que se enriquece por los ligeros toques distintivos que
cada habitante suele dar a su morada, como un
mecanismo de identidad.
Reciclaje y reintegración de la tierra a la naturaleza
Debido a que durante la transformación de la tierra
en material constructivo no sufre prácticamente
ningún tipo de reacción química y a que los meca
nismos de deterioro que suelen presentarse tampoco
implican transformaciones importantes en la
98
composición de la materia prima, una vez que las estructuras se dañan o ya
cumplieron la función para la que fueron concebidas es posible volver a utilizarlas.
De acuerdo con el sistema que se haya empleado originalmente y el que
se vaya a utilizar durante el reciclaje, se debe evaluar la necesidad de triturar y
cernir la materia original para eliminar las impurezas y los agregados vegetales
que hayan entrado en un proceso de descomposición. Posteriormente, la tierra
cernida se puede reutilizar volviendo a pasar por las etapas de fabricación y
estabilización requeridas.
La cualidad de la tierra que mayor significado posee desde el punto de
vista ecológico, debido al tiempo que dura su impacto, tiene que ver con su estado
final. Todos los sistemas constructivos que emplean materiales procesados
industrialmente tardan cientos y hasta miles de años para ser reabsorbidos por la
naturaleza. Sin embargo, los edificios de tierra presentan la virtud de que al
deteriorarse y finalmente destruirse, en poco tiempo son reintegrados a la
naturaleza sin alterarla en ningún sentido.
Paradójicamente, este hecho ha sido uno de los principales factores que a
lo largo de la historia ha servido para desprestigiar a la tierra como material
constructivo.
Es necesario adquirir conciencia de que la mayor parte de las obras que
ejecutamos sobre el ambiente lo alteran de una manera irreversible. Esto ha llevado
a la depredación irracional de todo el medio natural que nos rodea. Sin embargo,
la corriente de pensamiento basada en la idea del "desarrollo sustentable", de
manera paulatina pero incesante, va tomando el lugar que le corresponde dentro
de la cultura contemporánea. Evidentemente la arquitectura de tierra es totalmente
coincidente con este planteamiento y consideramos que en pocos años podremos
ver cómo recupera el sitio que históricamente ha tenido como mecanismo de
relación equilibrada con la naturaleza.
Otra vista de las ruinas de Paquimé, Chihuahua
1 O "Teniendo una visión panorámica de la ciencia", entrevista a lndira Gandhi, publicada en Nature, vol. 285, núm. 5761, Londres, 1980 (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 10).
99 La arquitectura de tierra
No obstante las innegables virtudes ecológicas de la arquitectura de tierra
que han sido expuestas en este texto, existen grandes lagunas en su valoración.
Este hecho trae como consecuencia que ni las instituciones ni sus propios habitantes
la aprecien como algo digno de ser conservado. La arquitectura tradicional se
vuelve relevante dentro de la cultura por ser continente de un sinnúmero de
experiencias locales, pero enfrenta su extinción por diversas razones entre las que
destacan: el creciente desprecio de los usuarios al considerarla poco moderna, la
falta de interés en su estudio y la especulación inmobiliaria.
"En algunos lugares, el uso exclusivo de materiales locales asegura la
persistencia de antiguos métodos de construcción. Cuando se introducen materiales
y métodos extraños, la tradición local declina, la costumbre es desplazada por la
moda y el estilo vernáculo perece. Y cabe preguntarse si la desaparición de especies
arquitectónicas nativas de un suelo no desequilibra el balance de las civilizaciones
igual que la de ciertos animales y plantas desequilibra el balance ecológico"
(Rudofiky, 1988: 14).
Es importante hacer mención que una de las labores más importantes
para avanzar en el diseño y conservación de la arquitectura de tierra tiene que ver
con la superación de una serie de prejuicios, cuyo origen se remonta a épocas muy
antiguas.
Hay que tener en cuenta en este sentido, que el desprecio hacia este
material no es reciente. En muchas culturas ha sido considerado como el "pariente
pobre" de la arquitectura de piedra. Llama la atención a este respecto la existencia
de una inscripción que se encuentra en la base de una pirámide construida con
tierra cruda por el rey Asydis, cerca de El Cairo, y que se ha traducido de la
siguiente manera: "No me despreciéis comparándome con la pirámide de piedra;
yo estoy tan arriba como Júpiter está por encima de los otros dioses, pues yo he
sido construida con el barro del fondo del lago". Es evidente que por miles de años
se ha despreciado esta arquitectura por prejuicios poco fundamentados.
Será una tarea ardua y de largo plazo tratar de revertir la imagen devaluada
de la arquitectura de tierra y su consecuente rechazo para así procurar su
reutilización.
Es necesario insistir en que no se proponen estas técnicas de origen
tradicional como soluciones "mágicas y universales" a todos los problemas de
habitabilidad del futuro. La historia nos ha mostrado lo nociva que puede llegar
ser la dependencia cultural de procesos basados en principios únicos. Ante el
fracaso ecológico de tener como paradigmas del desarrollo de manera exclusiva
al carbón, al petróleo, a la electricidad y a la energía nuclear, sería absurdo adoptar
la postura de que sólo la tierra puede responder a las necesidades constructivas
del futuro.
Como expresó 10 la señora Indira Gandhi en 1981, siendo Primer Ministro
de la India: "Todos los edificios modernos arrojan un enorme gasto de energía.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 100
Además, tienen el inconveniente de ser calientes en el verano y fríos en el invierno.
Este no es el caso de las arquitecturas tradicionales. Las técnicas nuevas son
necesarias, pero hay que conservar las técnicas antiguas que reúnen los
conocimientos acumulados por los habitantes desde hace siglos para adaptarse lo
mejor posible a las condiciones del clima, del medio y de modos de vida. No se
puede conservar todo, pero hay que adaptar y mejorar los conocimientos
acumulados".
La ventilación en la arquitectura
1 Cf. Víctor Fuentes y García, Roberto. Viento y Arquitectura. México, Trillas, 1995.
El concepto arquitectónico está relacionado con los parámetros ambientales y al
uso que se hace de ellos. El viento es uno de los parámetros más importantes a
considerar en la arquitectura, ya sea para captarlo, para evitarlo o controlarlo. El
viento es un elemento de climatización pasiva que ha sido utilizado de manera
muy importante en la arquitectura de todos los tiempos y en todo lugar.
La ventilación es la principal estrategia a tomar en cuenta en los climas
cálidos, tanto secos como húmedos. Pero también en los climas fríos lo es, ya que
es necesario protegerse del viento y controlar las infiltraciones. Por otro lado, en
los climas templados habrá épocas con necesidades de ventilación y otras de
control.
Para lograr una adecuada ventilación en la arquitectura es necesario
comprender cómo se comporta el viento y de qué manera pueden aprovecharse
los patrones que sigue en su recorrido a través de las edificaciones. A continuación
se presentan los principios básicos de ventilación; primero se hace una descripción
del comportamiento general (planetario) y local (regional) del viento. El objetivo
principal es mostrar el comportamiento del viento en relación con la arquitectura
y como éste puede ser utilizado como sistema pasivo de climatización natural.
Vientos generales El viento es una corriente de aire en movimiento horizontal, que se genera debido
a las diferencias de temperatura y presión atmosféricas, las cuales se originan por
un calentamiento no uniforme de la superficie terrestre, ya que mientras el Sol
calienta el aire, agua y suelo de un lado de la Tierra, el otro lado es enfriado por la
radiación nocturna hacia el espacio. Este desigual calentamiento de la atmósfera
ocasiona movimientos compensatorios que tienden a reducir la diferencia hori
zontal de temperatura y por lo tanto, las diferencias de densidad y presión. En este
sentido, puede decirse que el viento es el resultado de la conversión de la energía
solar en energía cinética.
Los patrones de circulación del viento en el planeta son el resultado
combinado de los flujos convectivos, con el efecto de rotación terrestre. En el
movimiento del aire, tanto su velocidad como su dirección están gobernadas por
una combinación de cuatro fuerzas básicas: 1
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica
Fuerza Gradiente de Presión. El all'e siempre se mueve de una pre
sión alta hacia una presión baja.
Fuerza Coriolis. La dirección del viento sufre una desviación debi
do a la rotac10n de la Tierra: cualquier objeto o fluido moviéndose
libre y de manera horizontal en el hemisferio norte tiende a ser
desviado a la derecha de su patrón de movimiento, mientras que en
el hemisferio sur, la deflexión será hacia la izquierda; este efecto es
ausente en el ecuador y se incrementa en los polos. 2
104
H = Pl'$$lon Alta L = Preslon Baja
Fuerza Centrífuga. El all'e se mueve en un patrón curvo girando
alrededor de una celda de presión. En el hemisferio norte, la direc
ción del flujo es en sentido de las manecillas del reloj en las zonas de
al ta presión (anticiclón) y en sentido inverso en las zonas de baja pre
sión (ciclón). 5
Comportamiento del viento a nivel planetario, debido a la acción de estas
cuatro fuerzas
Fuerza de Fricción. La velocidad (y dirección) del viento se ve alte
rada cerca de la superficie de la Tierra, dependiendo del grado de
rugosidad superficial.
El aire calentado en el ecuador sube y se desplaza hacia el polo norte
bajando aproximadamente en la latitud 30° N y regresa hacia el ecuador
con una dirección NE debido al efecto coriolis (vientos alisios).4 Entre
la latitud 30° N y 55° N se presentan los vientos del oeste, mientras
que los vientos polares son de dirección NE.
Patrón general del viento (vientos alisios)
Vientos locales Los vientos de gran escala generalmente dominan; srn embargo, pueden ser alte
rados o modificados por los vientos locales o convectivos. Los principales
vientos convectivos son: los vientos de valle, los vientos de ladera, y las brisas
de mar y terral. El fenómeno de estos últimos, que son los más característicos y
notorios, es el siguiente: un océano se calentará más lentamente que la tierra
adyacente debido a que el agua tiene gran capacidad calorífica; asimismo el océano se enfriará más lentamente que la tierra.
Estas diferencias de calentamiento y enfriamiento traerán como consecuencia
grandes movimientos de aire. Durante el día, la tierra calentada provocará una corriente
ascerdente en el aire, el cual será reemplazado por la brisa de aire fresco del mar.
Durante la noche, la tierra se enfría más rápido que el agua, lo que origina que el flujo de las corrientes de aire se invierta, circulando de la tierra hacia el mar (terral).
2 Arrhur & Alan Srrahler, Modern Physical Geography, 2"J ed. Nueva York, EUA, John Wiley & Sons, 1983, p. 83.
3 Schroeder, Mark & Buck, Charles. Fire Weather. Agriculture Handbook 360 U.S. Washingron, D.C. EUA. Deparrmenr of Agriculrure & Foresr Service, 1977, p. 76.
4 Convencionalmenre la dirección del vienro señala de dónde viene y no hacia dónde va.
Brisa
5 Arthur Bowen, Design Guidelines on Vertical Airjlow in Buildings mzd Urban A reas, Proceedings of PLEA'84, México, Pergamon Press, 1984, p. 179.
105 La ventilación en la arquitectura
Terral
Otro ejemplo de modificación de corrientes generales de aue por condi
ciones locales se da en las zonas urbanas, en donde se presentan más complicacio
nes de dirección y velocidad en los movimientos de aire, debido a factores como
la morfología, tamaño y textura de las superficies, orientación y materiales ex
puestos a la radiación solar, actividad y densidad de los edificios, 5 e incluso los
niveles de contaminación, ya que debido a esta puede producirse el efecto de domo
térmico, causado por el sobrecalentamiento del aire por las partículas suspendidas
en la atmósfera. Todo ello puede generar cambios importantes en los patrones del
flujo de aire.
Turbulencia Para analizar los vientos locales es necesano saber que el grado de rugosidad y
morfología del terreno, además de reducir la velocidad, también puede cambiar la
dirección del flujo de aire, canalizándolo o desviándolo a través de sus depresiones
o salientes, además de producir turbulencia.
La turbulencia puede ser de dos tipos: turbulencia térmica, asociada con la
inestabilidad y actividad convectiva, y la turbulencia mecánica que está determinada
por la rugosidad y forma de la superficie u objeto que interfiere con el flujo del aire. El
tamaño y tipo de la turbulencia dependen básicamente de la forma y tamaño del
obstáculo y en la práctica no se ve afectada por la velocidad del viento.
Necesidad de atre El primer requerimiento en términos de necesidad humana y de vida de plantas y
animales es el adecuado abastecimiento de oxígeno a través de aire fresco.
La cantidad de aire necesaria por una persona dependerá del tipo de acti
vidad que esté desarrollando y de la calidad del aire disponible. Un aire puro
contiene una proporción de 0.03% de C02
, pero en zonas urbanas esta concentra
ción puede elevarse hasta 0.07 o 0.1 %. Los efectos nocivos se empezarán a presen
tar al rebasar esta última cifra. Si un adulto en reposo emite aproximadamente
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 106
0.015 m3/h de co2 tendremos que una persona requerirá 30 m3/h de aire puro,
pero esta cifra se puede elevar hasta 50 m 3/h si el aire es de tipo urbano. 6
Confort Si bien es cierto que la renovación de aire es de viral importancia para la salud, en
términos de confort, los simples cambios de aire no ayudan en casi nada. El confort
se logra cuando el flujo de aire incide sobre el cuerpo (piel) de los usuarios. El
análisis y manejo apropiado de las formas espaciales y aberturas de un edificio
pueden controlar en su favor los flujos externos de aire así como la ventilación
mtenor inducida (sobre la zona habitable).
Viento y Arquitectura Comportamiento del viento
alrededor de una construcción
Cuando el viento pega contra un edificio se crea una
zona de presión alta en la cara frontal; el viento rodea al
edificio y origina zonas de baja presión en las caras late
rales y en la cara posterior.7 Naturalmente el aire tiende
a entrar al edificio por las zonas de alta presión y a salir
por las zonas de baja presión.
Comportamiento del viento dentro del edificio
La localización y tipo de abertura de entrada determina
el patrón del flujo de aire a través de un edificio. Barlovento Planta
6 Fernando Tudela, Ecodiseño. México, Universidad Autónoma Metropolitana, Xochimilco, 1982, p. 20 l.
7 Cf. Víctor Olgyay, op. cit., p. 103.
I
Sotavento
Al tener una abertura localizada al centro de un
muro, tendremos igual presión en ambos lados de di
cha abertura, por lo que el viento entrará de frente a la
habitación. Si la abertura no está al centro, la presión
en ambos lados del muro será desigual, lo que origina
rá que el flujo de entrada sea diagonal con el sentido
que provoca la zona de mayor presión.
Comportamiento del viento alrededor de una construcción
(planta)
Las variaciones en los patrones del flujo de aire
son causadas por la desigual presión alrededor de las
aberturas de entrada, como un resultado de su locali
zación con respecto a la superficie de muro sólido
que las rodea.
El tipo de abertura también es muy importante,
existen muchos tipos de ventanas en el mercado que al
usarse en aberturas de entrada nos dan una gran varie
dad de patrones de flujo de aire.
Barlovento Alzado Soravenro
Comportamiento del viento alrededor de una construcción (corte)
Resultado de las presiones del viento
8 Arthur Bowen, Wind Environments in Buildings and Urban Areas. Department of Architecrure and Planning.
9 Adaptado de Víctor Olgyay, op. cit.
107 La ventilación en la arquitectura
Nosotros debemos conocer las ventajas y limitaciones
de los diferentes tipos de ventanas para poder emplearlos
de manera inteligente en cada caso particular. Por ejemplo,
es necesario considerar que una tela mosquitero de nylon
reduce la velocidad del viento hasta en un 30%.8
Abertura de salida La localización y tipo de abertura de salida tienen poca
influencia en los patrones internos del flujo de aire; sin
embargo, entre más cambios de dirección (en el interior)
sufra el aire, más se reducirá su velocidad.
Relación entrada-salida Cuando la abertura de entrada es más pequeña que la de salida se incrementa la
velocidad del flujo interno.
La cantidad de aire que pasa por una abertura de una habitación, depende
directamente del área de abertura, la velocidad del viento, la dirección del viento
con respecto al plano de la abertura, y la relación que existe entre el área de la
abertura de entrada y el área de la abertura de salida de la habitación.
Q = r V A sen e donde:
Q = cantidad de aire9 (m3/s)
r = relación entre abertura de entrada y salida
(r = 0.60 x fr (factor de relación))
v velocidad del viento (mis)
A área de la abertura de entrada (m2)
e ángulo que forma la dirección del viento y el plano de la abertura
RELACIÓN DE VENTANA (jr)
área de salida/ área de entrada fr 5:1 5 1.38
4:1 4 1.37
3:1 3 1.33
2:1 2 1.26
1: 1 1 1.00
3:4 0.75 0.84
1:2 0.50 0.63
1:4 0.25 0.34
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 108
Divisiones dentro de la habitación
El flujo de aire pierde gran parte de su energía cinética cada vez que es desviado
alrededor o sobre un obstáculo. Varios recodos en ángulo recto tales como pare
des o muebles dentro de una habitación pueden detener una corriente de aire de
baja velocidad. Por ello debemos evitar poner muros que obstaculicen nuestro
flujo de aire, sino procurar que vayan en el sentido que lleva el viento.
Orientación de la ventana con respecto al viento
Se genera la máxima presión del viento a barlovento de un edificio cuando la facha
da es normal (perpendicular) a la dirección del viento. Un viento que incide a 45°
reducirá la presión en un 50%. Parece evidente que se consiga la mayor velocidad
del aire en el interior si el viento entra en forma perpendicular a la fachada; sin
embargo, B. Givoni 10 encontró que si el viento incide a 45° aumentará la velocidad
media del aire interior. Esto se puede explicar si sabemos que cuando un edificio se
encuentra a 45° se crea una mayor velocidad a lo largo de las fachadas de barloven
to. Por consiguiente, la sombra del viento será más ancha, la presión negativa (efecto
de succión) aumenta y el flujo del aire interior se incrementa.
Flujo de aire alrededor de los edificios
En un arreglo de unidades paralelas, el viento tiende a
brincar sobre los edificios Cuando estos son planeados en
fila provocan una sombra de viento sobre las subsecuentes
unidades, la cual es reforzada por la tendencia del viento
a canalizarse a través de los espacios libres, sin pasar por
las unidades posteriores.
Un arreglo de unidades escalonadas (damero)
tiene la ventaja de que habrá fuertes patrones de viento
desde las construcciones directas al flujo, hacia las sub
secuentes unidades, por lo que el esquema de corrientes
es mucho más uniforme, quedando casi eliminadas las
zonas de aire estancado. 11
10 Baruch Givoni, Basic Study of Ventilation Problems in Hot Countries. Building Research Station, Technion, Israel. lnstitute of Technology, Haifa, Israel, 1962.
11 Víctor Olgyay, op. cit.
12 Mark & Buck, Charles Schroeder, op. cit.
Efecto de la vegetación en los vientos locales La vegetación forma parte de la rugosidad y, por tanto,
de la fricción superficial, la cual determina el flujo del
viento cerca de la superficie. Por ejemplo, grandes áreas
arboladas pueden tener un marcado efecto en el flujo del
vi en to. Mediciones hechas en verano, 12 en densas áreas
forestadas, indican que 30 metros dentro de la arboleda
la velocidad del viento puede ser reducida de 20 a 40%; a
60 metros puede ser reducida 50% y a 120 metros puede Edificios en acomodo de "damero"
109 La ventilación en la arquitectura
reducirse hasta 93%. Desde luego hay muchas variables que intervienen, como
son tipo y especie de árboles y matorrales que encontremos como barrera,
densidad de los mismos, velocidad del viento, etcétera. Por ejemplo, en vientos
de velocidades bajas, la forestación puede tener sólo pequeños efectos; un viento
a 1.8 mis en un lugar abierto puede bajar su velocidad a 1.1 mis al entrar a una
zona boscosa a la misma altura. Pero un viento de gran velocidad en lugar abierto
será detenido por la forestación en una mayor proporción; un viento de 8.9 mis
puede reducirse a 1.8 o 2.2 mis.
Efecto de la vegetación en los edificios Todos los elementos circundantes a un edificio, como los vegetales, definitivamente
tienen un efecto en los patrones del flujo de aire y en la velocidad del viento.
Mediante el diseño de elementos vegetales, como plantas, árboles, arbustos, setos,
etcétera, incluyendo cercas y bardas, podemos crear zonas de alta o de baja pre
sión alrededor de una casa y con respecto a sus aberturas podemos provocar
corrientes de aire dentro del edificio. Este criterio es muy útil, sobre todo en casas
ya construidas que tienen una orientación desfavorable con respecto a los vientos
locales predominantes.
Durante el periodo de sobrecalentamiento debemos diseñar la vegetación
con el fin de inducir el flujo de aire al interior del edificio, y en especial sobre la
zona habitable, creando movimientos directos y acelerados. Durante el periodo
de bajo calentamiento podemos utilizar la vegetación como barrera contra el
viento frío.
Los patrones del flujo de aire pueden variar con el solo hecho de acercar
o alejar un arbusto o un árbol de la abertura de entrada. La combinación de arbus
tos y árboles nos darán todavía más patrones de viento de los cuales podemos
sacar ventaja para nuestros proyectos arquitectónicos y, por tanto, esto se traduci
rá en términos del confort para los usuarios.
La vegetación
La vegetación tiene otras muchas funciones además de canalizar, desviar y dismi
nuir la velocidad del viento. La vegetación tiene la función vital de regeneración
de oxígeno ya que durante el día, gracias a la acción clorofílica y de fotosíntesis, el
gas carbónico se absorbe y el oxígeno se desprende.
Otra función de los vegetales es la humidificación del aire, ya que la
vegetación despide vapor de agua por medio de su follaje debido a la transpiración
fisiológica. Este aumento de humedad en el ambiente provocará una disminución
sensible de temperatura.
También podemos utilizar la vegetación como elemento vivo de control solar,
obstruyendo la radiación en verano y dejándola pasar en invierno. Se le utiliza igual
mente como filtro acústico y lumínico ya que a través de la vegetación logramos amor-
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 110
tiguar ruidos y controlar la reflectancia evitando deslumbramientos. Otra función
importante, sobre todo en zonas urbanas, es el efecto de fijación de motas de polvo.
Viento indeseable Dentro del diseño solar bioclimático, el análisis y manejo del aire y del viento es
sumamente importante, pues en un clima frío, por ejemplo, el viento puede llegar
a ser indeseable, mientras que en un clima tropical, cálido-húmedo, lo más seguro
es que sea la principal estrategia de diseño. Un viento puede ser indeseable:
•Cuando es muy frío (temperatura del aire inferior a la zona de confort)
•Cuando es muy cálido (temperatura del aire superior a 35 °C)
•Cuando está contaminado (de polvo, smog, olores, C02
, etcétera)
•Cuando es superior a 2.0 mis (en interiores y en términos funcionales de
confort)
•Y desde luego cuando se presenta bajo condiciones especiales como:
tornados, ciclones o huracanes (arriba de 20 mis)
Los parámetros de estudio deben considerar la velocidad, dirección, frecuencia y
turbulencia local y particular.
El uso de la vegetación en el diseño bioclimático es de gran importancia,
desde el punto de vista mecánico en su relación con el viento, desde el punto de
vista biotérmico y también sensorial.
Casos de estudio Con los siguientes casos de estudio se pretende mostrar la importancia que tiene
la ventilación como estrategia de climatización natural; y cómo se ha utilizado
en casos concretos en diferentes épocas y partes del mundo con condiciones
climáticas diversas, enfatizando las soluciones que surgen en la arquitectura
bioclimática contemporánea.
El objetivo principal es resaltar cómo el concepto arquitectónico, en todas
sus vertientes, está relacionado con el ambiente. De tal forma que se presentan ele
mentos tipológicos claros en función de las variables ambientales que se manejan en
algunos proyectos. Con ello se pretende haya un acercamiento a las nuevas maneras
de entender la arquitectura, a los nuevos materiales, sistemas y dispositivos de clima
tización natural que caracterizan esta arquitectura que aplica el viento como concep
to de diseño. A través de estos ejemplos se podrán conocer nuevos criterios con el fin
de lograr edificaciones confortables, que hagan un uso eficiente de la energía y los
recursos naturales.
Arquitectura vernácula
Al estudiar la arquitectura vernácula encontramos cómo el hombre ha buscado
formas ingeniosas para manejar el viento. Por ejemplo, en los climas cálidos y
Torre Eólica, Yazd, Irán
111 La ventilación en la arquitectura
secos, donde es necesario captar el viento y enfriarlo, naturalmente
antes de introducirlo a las edificaciones, el hombre diseñó torres
eólicas o bagdirs. En Medio Oriente se localiza una gran variedad
de torres: de inyección o succión, unidireccionales o mulri
direccionales, aisladas o adosadas al edificio, con dueto enterrado
o sin él, con humidificación o sin ella, etcétera. Sin embargo, en
todas sus variantes, el principio utilizado es el mismo. Se
aprovechan las fuerzas y presiones del viento para dirigirlo de
manera controlada al interior del edificio.
Desde luego el concepto de torre eólica funciona de manera
integral con el diseño del edificio. En este tipo de arquitectura los
principales esquemas de diseño son la masividad de la construcción y
el patio central, el cual puede ser abierto o cerrado por medio de una
bóveda que casi siempre cuenta con abertura en su ápice. El patio crea
un microclima interior, basado de manera importante en las corrientes
de aire provenientes de la torre eólica. Las cubiertas abovedadas
provocan una disminución de presión al paso del viento, generando
una fuerza de succión que extrae el aire caliente del interior del edificio y que favorece
a las corrientes de aire de la torre eólica, estableciéndose un flujo convectivo constante.
A través de este sencillo sistema se alcanzan disminuciones de temperatura de hasta
20 °C con respecto de la temperatura exterior.
Por otro lado, en los climas cálidos húmedos es necesario aprovechar al
máximo la ventilación. En estos climas el viento no es tan caluroso, por lo que se
puede introducir de manera directa sin necesidad de pre-enfriarlo. Así, la vivienda
es totalmente permeable al viento. La ventilación se logra a través de todos los
elementos constructivos: por debajo del piso, por los muros y por la cubierta. A
diferencia de los climas cálidos secos, donde las edificaciones son masivas para
aprovechar la inercia térmica, en los climas cálidos húmedos se utilizan en general
materiales naturales aislantes.
Por el contrario, en los climas fríos es indispensable evitar al máximo la
ventilación. Se debe lograr el aislamiento y la protección. El iglú es un buen ejemplo
del control del viento, éste se logra con cambios de nivel y cámaras esclusas. La
misma forma semiesférica ayuda a conseguir este control. La esfera es el cuerpo
geométrico que ofrece un mayor volumen con la menor superficie, de tal forma que
el espacio se aprovecha al máximo, con una exposición mínima al ambiente
circundante adverso. Al mismo tiempo se desarrolla un sistema constructivo sencillo
que utiliza el único material disponible. Los bloques de hielo funcionan como un
excelente aislamiento, el cual es reforzado en ocasiones con pieles animales.
En esta arquitectura extrema se logra aumentar la temperatura interior
hasta 30 °C con respecto al exterior, pese a las bajas temperaturas y fuertes vientos;
que la ubica en una de las soluciones arquitectónicas-energéticas más_ eficientes.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
VIENTO DEL NORTE
R=13
AISLANTE TERMICO EQUIVALENTE A S cm
DE POLIESTIRENO
VARIACION DE LA TEM,PERATURA ENUNIGLU
- - - - TEMPERATtlRA DEt. AIRE EH EL TECHO {IHT.)
"•••• • • ••• TEMPERATURA DE LA PLATAFORMA
-·- TEMPERATIJRA.OELPtSOANIVEL
-- TEMPERATURA MtSIENTE EXTE.RIOR:
Arquitectura Contemporánea
10
¿: Oí ·10 ::>
~ ·20
~ -30
40 6:00 12:00 18:00 24:00
Un ejemplo significativo a finales de los años cincuenta es el
edificio de Reidy, el pabellón de laguna Rodrigo de Freitas en
Río de Janeiro. Se trata de un edificio tipo palafito con muros
celosía para permitir el máximo flujo de vienro en el interior
y con máximo control solar. Sin embargo, lo más interesante
del concepto empleado es la utilización de una doble cubierta
(techo escudo), que permite un excelente control de la
radiación solar, aunado a la disipación de calor por medio de
la ventilación cruzada. Este concepto de doble cubierta es una
estrategia de climatización muy usada hoy en día.
El edificio Torre Turbina de Richard Rogers es buen
ejemplo de la estrategia de torre eólica aplicada en un edificio
contemporáneo. Es un edificio que se construyó en la ciudad de
Tokio que cuenta con un sistema de torres eólicas de captación y
extracción. El viento se capta por medio de una torre inferior y
se canaliza hacia unos intercambiadores de calor en cisternas de
agua fría. El aire, una vez climatizado, se introduce a los locales
del edificio a través de los distintos entrepisos. El aire caliente
del interior se canaliza a una gran torre de succión, que aprovecha
el efecto stack (efecto de tiro), el cual se incrementa por captadores
solares en lo alto de la torre.
112
6:00
Diagrama de un Iglú, Memorias del curso de actualización sobre el aprovechamiento de la energía solar en las edificaciones. Bufete de Tecnología Solar, S.A., México D.F., 1981
Edificio Torre Turbina. Richard Rogers
Mezquita del Sultán Abdul Aziz Shah de Kuala Lumpur
113 La ventilación en la arquitectura
De modo contrario a las mezquitas islámicas tradicionales de clima
cálido seco, en la Mezquita del Sultán Abdul Aziz Shah de Kuala Lumpur se
utiliza la ventilación natural cruzada. El edificio se abre al viento a través de
sus bellas celosías, las cuales, al mismo tiempo proporcionan protección solar.
El clima caluroso húmedo de Malasia permite una solución abierta de sus
edificaciones en donde la ventilación cruzada se convierte en la principal
estrategia de diseño bioclimático.
Como ejemplo de un clima cálido húmedo tenemos uno de los edificios de
Renzo Piano, la distintiva forma del Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea,
que fue generada por la necesidad de maximizar la ventilación en este tipo de clima.
El edificio se encuentra ubicado en una colina boscosa a la orilla de un lago.
El concepto de diseño permite la canalización del aire fresco de la parte
baja y arbolada del terreno. Por estratificación térmica el aire sube y sale por las
torres de extracción que se ubican en la parte más elevada del edificio y del
terreno. El edificio cuenta también con patios interiores abiertos, además de
muchos muros de celosía que permiten una alta permeabilidad al viento. El
diseño de las torres es versátil ante las condiciones de los vientos locales y del flujo
de aire del edificio. Conjuntamente con el manejo de los materiales y el diseño
total, se permite el paso constante del aire.
Otro ejemplo de inmuebles que utilizan torres eólicas como estrategia de
ventilación es el caso de la escuela de ingeniería y manufactura Edificio de la
Reina de la Universidad de Monfort en Gran Bretaña, del arquitecto Ford y
asociados. Esta obra cuenta con talleres y maquinaria que producen grandes
cantidades de calor.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 114
La climatización se logra de manera casi natural, a través de ventilación
cruzada y por efecto stack, aprovechando torres eólicas de extracción y extractores
convectivos en los ápices de las cubiertas, mientras que el aire fresco es introducido
por las partes bajas del edificio. De esta forma se consiguen condiciones adecuadas
de confort en el interior de los talleres.
El edificio de la sede de la compañía de telecomunicaciones Iónica en
Cambridge, utiliza de manera importante la ventilación natural, además de masa
térmica, iluminación natural, enfriamiento nocturno y otros sistemas y dispositivos
controlados por computadora. La ventilación natural se logra por el efecto stack
formado en un atrio central e incrementado por captadores solares dispuestos en
la parte más elevada del edificio, formando parte de los extractores eólicos. Los
calentadores solares incrementan la diferencia térmica entre el aire fresco que
entra y el aire caliente que es extraído, de tal manera que el efecto stack se intensifica
creando una corriente de aire constante durante el día.
Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea. Renzo Piano, corre
Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea. Renzo Piano, vista
115
Banco de Comercio de Frankfurt de N arman Foster
La ventilación en la arquitectura
Un buen ejemplo de manejo de la ventilación
mediante el diseño arquitectónico es el caso del Parque
de Ciencia y Tecnología en Gelsenkirchen, Alemania,
del arqui recto Kiessier and Partner. Este edificio
presenta una fachada acristalada inclinada que se orienta
hacia el poniente. Esta fachada es deslizable con un patio
de triple altura para obtener la estratificación térmica y
efecto stack. Durante el invierno la fachada permanece
cerrada para propiciar el calentamiento de los espacios
interiores, en el verano se abre tanto en su parte inferior
como superior para permitir la circulación del aire. La
abertura inferior se controla a voluntad para permitir
mayor o menor flujo de aire. El sistema es apoyado por
calentadores solares de aire que permiten un mayor
calentamiento en el invierno.
El Pabellón Bioclimático de la Expo Sevilla 92
es un excelente ejemplo para mostrar las posibilidades
de climatización natural en espacios abiertos y semi
abiertos. En este caso, el espacio semiabierto climatizado
naturalmente aprovecha el efecto stack y el flujo de aire
fresco de zonas jardinadas. El efecto se logra por medio
del diseño de la cubierta (lanaria). La misma forma ca
naliza al viento forzándolo a circular desde las áreas
jardinadas hacia el interior. El sistema es complementa
do con microaspersores para incrementar la humedad
además de ionizadores. Pese a ser un espacio semiabierto
se consiguen disminuciones de temperaturas cercanas a
los 1 O grados centígrados.
Edificios con doble fachada ventilada La nueva sede del Banco de Comercio de Frankfurt de
Sir Norman Foster es el primero de una nueva generación
de edificios que no dependen de la climatización
artificial para proveer confort a los ocupantes. Hasta
ahora dependían del aire acondicionado para su clima
tización. Esto se debía por varias razones, pero una de
ellas es que a grandes alturas es difícil controlar al viento
para introducirlo al interior de los espacios.
El concepto básico del diseño de Foster es el de
lograr la ven rilación natural a través de ventanas
operables y un patio central que disipa el aire caliente
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Banco de Comercio de Frankfurt de Sir Norman Foster. Fragmento del corte y diagrama de ventilación
116
por estratificación o efecto stack. Este edificio aprovecha una doble fachada
acristalada, la cual forma una cavidad ventilada que permite controlar el viento a
grandes alturas. Las fachadas acristaladas utilizan materiales de control térmico
de baja conductividad. Son vidrios especiales que ofrecen una buena transmitancia
de la luz natural y evitan el paso del calor, por lo que la fachada funciona
adecuadamente tanto en verano como en invierno.
El control del viento se logra por medio de un ingenioso diseño de la
manguetería de la fachada. La cavidad también cuenta con micropersianas para el
control solar y lumínico. La fachada interior cuenta con ventanas operables que
permiten introducir el aire controlado de la cavidad.
Este sistema de fachada está acompañado por el esquema de patio central.
El edificio de 60 pisos tiene una planta de forma triangular con un enorme espacio
central que sirve como tiro para extraer el aire caliente del interior. El efecto stack
provoca una corriente ascendente que crea una circulación constante de aire.
De manera alterna, en cada una de las fachadas y cada ocho niveles se
cuenta con un área jardinada con una altura de cuatro niveles. Este espacio permi
te que desde el interior, sea cual sea la ubicación de los ocupantes, estos siempre
vean un área verde. Desde el punto de vista de diseño esto es muy importante, ya
que los espacios se abren visualmente y se amabilizan, pero también estos espa
cios jardinados ayudan al esquema global de ventilación natural, ya sea para la
extracción o introducción de aire, además de la aportación de oxígeno que gene
ran de las plantas.
Esquema del sistema de ventilación
Torre RWE en Essen, Alemania, corte y fachada
117 La ventilación en la arquitectura
El edificio ARAG, de Norman Foster, también emplea el mismo sistema
de control. Igualmente el edificio RWE en Essen, Alemania, del arquitecto
Ingenhoven Overdiek, utiliza el mismo principio de cavidad ventilada para
introducir ventilación natural al interior de los espacios, aunque el diseño varía
un poco del de Foster, éste también utiliza micropersianas para el control solar y
de iluminación natural. La cavidad entre las dos fachadas acristaladas es de 50 cm.
A este tipo de sistema se le ha llamado: fachada climdtica.
El diseño del edificio de Sistemas Futuros para un Edificio Verde, proyecto
del arquitecro McCarthy, también juega con la idea de una segunda piel, o cavidad
ventilada, además del concepto de patio central de gran altura. En este caso se
trata de un edificio elevado sobre el nivel del piso, tipo palafito. En el centro del
edificio se tiene un área jardinada en el patio central, este espacio funciona como
de ventilación. El viento entra por la parte baja del edificio pasando a través de
los jardines y, por tanto, refrescándose, el aire es extraído en la parte más elevada
del edificio.
Además de la doble fachada ventilada, otro esquema que se está utilizan
do es el de aprovechar la estratificación térmica natural del aire y extraerlo en la
parte alta de la cubierta. En este caso las cubiertas son inclinadas o de bóveda de
cañón corrido para favorecer la salida del aire.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Otro caso es el Liceo Polivalente Frejus en
Francia, proyecto de N. Foster. El edificio utiliza la
ventilación cruzada y el efecto stack. El esquema se
basa en un patio central donde se produce la estratifi
cación térmica del aire, el cual es sacado por abertu
ras localizadas en la parte superior de la cubierta.
De manera similar funciona el Centro de
Convenciones y Exposiciones de Linz, Austria, del
arquitecto Thomas Herzog. El edificio cuenta con una
cubierta totalmente acristalada, la cual consiste en
un elemento de doble cristal con microprismas o
micropersianas en su interior. Los microprismas se
pueden usar para reflejar o redireccionar la luz solar
directa y sólo permitir el paso de la luz difusa. Esta
tecnología de primera generación ha progresado sufi
cientemente para permitir producir material extruído
de placas microprismáticas de bajo costo, las cuales se
pueden usar tanto horizontal como verticalmente.
Aunque el principal concepto de diseño de este
edificio se basa en la utilización de la iluminación natu
ral, cuenta con los principios elementales de la extrac
ción por estratificación térmica en la parte superior de
la cubierta. La entrada de aire se logra de manera con
trolada por aberturas de inyección en el piso.
118
Centro de exposiciones en Linz, Austria, Thomas Herzog
Edificio Torre Turbina. Richard Rogers
119
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La ventilación en la arquitectura
A través de esta sección se han presentado
ejemplos de arquitectura contemporánea que utiliza la
ventilación natural como principal estrategia de diseño.
Los conceptos que en ellos se aplican son prácticamente
los mismos que se han utilizado en la arquitectura popular
y vernácula a través de la historia.
Vemos cómo muchos de los edificios actuales
utilizan torres eólicas, tanto de inyección como de
extracción. Este es un principio altamente probado en la
arquitectura de Medio Oriente, que es retomado por la
arquitectura contemporánea mundial.
El esquema de patio central como espacio de
ventilación también lo aplican en muchos proyectos, ya
que es un elemento arquitectónico importantísimo de
control microclimático.
Elevar el edificio del nivel del suelo, tipo palafito
es una estrategia que favorece la climatización pasiva y
la ventilación natural, en especial en climas cálidos
húmedos.
Una de las principales estrategias que se emplean
hoy en día es la utilización de doble envolvente cons
tructiva. Ésta puede ser en la cubierta, tipo techo escudo o
en los muros de las fachadas, fachada climdtica.
Cuando se usa en las cubiertas se convierte en
un elemento importante de protección solar; en las fachadas funciona como
protecc10n en el verano, aislante en el invierno, y como cavidad de ventilación
controlada para edificios de grandes alturas donde el viento incide con mucha
fuerza.
Por otro lado, es importante mencionar que la nueva tecnología en sistemas
constructivos, materiales, de control, etcétera, ofrece nuevas posibilidades de
aplicación, y de hecho, está expandiendo la utilización de conceptos de diseño
tradicionales, desde luego reinterpretados y aplicados en la nueva arquitectura
bioclimática contemporánea.
En su dibujo conceptual del edificio Molino de Viento, Richard Rogers
trata de expresar cómo un edificio puede aprovechar de manera integral las energías
y recursos naturales. El esquema muestra de manera importante el aprovechamiento
del viento y la energía solar en la edificación. Este es un esquema visionario de lo
que en adelante deberán hacer todos los edificios construidos, pues no se puede
seguir construyendo bajo los esquemas derrochadores de energía que imperan en
la actualidad. Los nuevos edificios deben tener como premisa fundamental el
bienestar y confort de los ocupantes y el uso eficiente de la energía.
La iluminación en la arquitectura
Los objetivos de este tema tienen la intención de proporcionar al lector una
introducción del comportamiento de la iluminación y su relación con los diversos
géneros de edificios, así como ofrecer los conocimientos físicos básicos para entender
el fenómeno de la luz natural y su comportamiento. Los conocimientos e información
que se presentan en este capítulo están enfocados a la aplicación e integración
armónica de las fuentes de luz natural y eléctrica en los diversos géneros de
edificaciones. El enfoque de todas estas acciones está directamente relacionado con
la obtención de condiciones de confort lumínico y visual, con el ahorro y uso
eficiente de la energía, y consecuentemente son el mejoramiento y conservación del
ambiente y la obtención de calidad de vida de los ocupantes en su hábitat.
La interacción de la luz en las edificaciones comprende indiscutiblemente
la integración de las componentes natural y artificial o eléctrica. Ambas deben
complementarse. El conocimiento de las características, propiedades y diferencias
de las diversas fuentes luminosas es indispensable para la realización de un
proyecto arquitectónico idóneo. Esta situación implica considerar a la luz, tanto
natural como eléctrica, con un concepto de sinergia y ambivalencia. Por tanto, la
iluminación de los espacios de una edificación y de las diversas actividades de los
usuarios, deben inferirse en un concepto asociado e integral que brinde condiciones
óptimas, tanto de día como de noche. La combinación e integración armónica de la
luz natural y la eléctrica deben resaltar los atributos arquitectónicos de las
edificaciones, de tal manera que se obtenga un resultado armónico de los espacios,
las formas, las superficies, los acabados, los colores, las texturas y el sistema lumínico
artificial seleccionado. Es necesario realizar estas acciones para obtener resultados
favorables y con mayores beneficios de confort y calidad de vida de los ocupantes,
así como adecuados resultados económicos y ambientales, gracias al ahorro de
energía y a la reducción de la emisión de gases de invernadero a la atmósfera.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 124
Principios y fundamentos básicos de la luz La luz natural es en realidad un don muy preciado. Es incuestionable que la luz
natural ha estado presente en el planeta desde las primeras manifestaciones del
hombre hace varios millones de años. Desde entonces, el hombre ha apreciado
el valor de la luz natural y ha comprendido sus múltiples ventajas y beneficios.
Es importante señalar que hay notables diferencias entre el antepasado remoto del
hombre y el hombre contemporáneo. Ciertamente, el hombre en su estado natural
ha actuado como un predador y ha llevado a cabo actividades al exterior que son
diferentes cuantitativa y cualitativamente a las que realiza el hombre con
temporáneo en sus espacios interiores.
Un concepto básico que se presenta en estas diferencias es la adaptación 1 a
su ambiente natural, circunstancia que surge a partir del siglo XX, cuando el hombre
empieza a utilizar fuentes de iluminación artificiales, lo cual le permite extender
y, en algunos casos, ignorar el aprovechamiento en los edificios del enorme
potencial de la luz natural disponible en la mayoría de las regiones del planeta.
En realidad, la visión humana se adaptó en un principio a la luz natural y
con la aparición de la luz eléctrica artificial el hombre se tuvo que adaptar de
manera drástica a ésta, lo que ha implicado un cierto grado de adaptación desfavorable,
que hasta la fecha se presenta con mucha frecuencia en los diversos géneros de
edificaciones. Las tareas visuales del mundo moderno implican el estudio de
diversos factores, y en la medida que estas tareas son más sofisticadas, aumenta el
grado de complejidad de los factores implícitos.
El diseño adecuado de la iluminación intramuros es a menudo un compromiso
entre la eficiencia visual, el confort visual y el grado de satisfacción estética,
aspectos que se tratan en otros capítulos de este texto.
Es indudable que la luz natural tiene gran importancia para la arquitectura,
la luz natural es un aliado indispensable para el arquitecto. Sin la presencia de la
luz, no es posible tener una percepción y experiencia visual de nuestro entorno.
Se conocen diversas experiencias constructivas de arquitectos que a través
de la historia han manifestado la importancia que la luz natural tiene en la
arquitectura y el urbanismo.
Propiedades de la luz natural, el Sol, espectro electromagnético El Sol, que es la estrella que se encuentra en el centro del sistema solar, es la fuente
esencial de luz natural diurna. La luz proveniente del Sol llega a la Tierra
acompañada de radiación térmica.
Datos característicos del sol:
Distancia promedio del Sol a la Tierra: 150 millones de kilómetros Diámetro: 1 392 000 km Masa: 1 X 103º kg Temperatura de la superficie: 5 500 ºC Esfera gaseosa, formada de Hidrógeno (75%) y Helio (25%)
1 Adaptación se entiende como la habilidad del ojo humano a adaptarse a las condiciones de iluminación prevalecientes y la del cuerpo humano en su totalidad a adaptarse a su entrono circundante. Esta habilidad no es absoluta, y gran parre de su estudio está enfocado a sus limitaciones. El ojo humano puede adaptarse a condiciones de iluminación muy pobres, pero su eficiencia disminuye, comparado con condiciones de iluminación favorables, por lo cual los aspectos cual .tativos están implícitos.
125 La iluminación en la arquitectura
Actividad: Reacción termonuclear (fusión termonuclear), transformando
cada segundo 564 millones de toneladas de Hidrógeno en 560 toneladas de Helio,
disipando las restantes 4 millones de toneladas al espacio en forma de energía
radiante de longitud de onda corta. A la Tierra sólo llega una diezmillonésima
parte de este enorme torrente de energía en forma de luz y calor, proveniente del
proceso de fusión nuclear del sol.
Edad estimada: 10, 000,000,000 años. Está en su término medio de vida.
La radiación solar y su influencia en la localización, orientación y forma de una
edificación
La localización, orientación y forma de una edificación deben analizarse cuidadosamente
para obtener el máximo provecho de estos beneficios. El control de la radiación solar en
la arquitectura es uno de los factores más importantes a considerar. Desde el punto de
vista térmico, los rayos solares deben penetrar y ser absorbidos en las edificaciones cuando
se requiere y rechazarse cuando resultan indeseables, por medio de un manejo selectivo
de la "piel constructiva" de la edificación. El objetivo en el diseño bioclimático es buscar
y mantener un punto de balance o equilibrio entre los periodos de bajo calenta
miento, cuando la energía solar representa un beneficio, y de sobrecalentamiento,
cuando la radiación solar se debe evitar al máximo en las edificaciones. Un diseño
óptimo y versátil de dispositivos de sombreado y control solar puede contribuir
considerablemente para alcanzar dicho objetivo y coadyuvar al logro de
condiciones óptimas de confort ambiental y a reducir los consumos de energía en
las edificaciones. Es importante destacar que el Sol, con su componente lumínica,
afecta la distribución y orientación de los espacios interiores, así como el tamaño,
geometría y localización de las aberturas en los edificios.
Espectro electromagnético
En nuestro entorno, la radiación electromagnética o espectro electromagnético es la principal de
las energías presentes. Este fenómeno en su conjunto se manifiesta cuando partículas
inmateriales llamadas fotones, atraviesan el espacio a grandes velocidades. La radiación
electromagnética es un conjunto de ondas producidas por la oscilación o aceleración de
una carga eléctrica. Como su nombre lo indica, las ondas electromagnéticas tienen
componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende
desde ondas con frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas), hasta
frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible ocupa sólo una pequeña
parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente
de longitudes de onda), el espectro electromagnético, al extremo derecho, está compuesto
por rayos cósmicos, rayos gama, rayos X, duros y blandos, radiación ultravioleta, luz
visible, rayos infrarrojos, ondas de radar, microondas, ondas de UHF, VHF, onda corta
y ondas de radio en el extremo superior izquierdo del espectro electromagnético.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 126
Lo que percibe el ojo humano como luz visible es una estrecha banda de longitudes de onda de radiación electromagnética que va desde 380 nanómetros (1 nanómetro = 1 x 10-9
) hasta 780 nanómetros. Esta radiación energética está
compuesta de partículas de energía o fotones y presenta propiedades de movimiento ondulatorio transversal. La longitud de onda determina su color
correspondiente. Por ejemplo, la luz blanca contiene todas las ondas del espectro electromagnético visible. Estas radiaciones del espectro visible forman la luz y en ellas se basa una gran parte de la percepción humana y con ello, del conocimiento
que tenemos de nuestro entorno físico. Además de la luz visible, que es una forma de energía electromagnética, hay otras radiaciones en el espacio que nos rodea.
Espectro electromagnético y espectro de la luz visible
Metros
105 lü4 103 102 101 1 10·1 104 10-6 10-7 10-8 10-9 rn-10 lQ-ll rn-12 rn-13 rn-14 10-15
Radio
Km
Onda VHF
Corta UHF
m
RADAR Infrarroja Infra. LUZ Ultra- Rayos X Rayos g Rayos Larga Corta VISIB Violeta Cósmicos
cm mm um nm pm fm
ESPECTRO DE LA LUZ VISIBLE
INFRA
ROJA ROJO NARANJA AMARILLO VERDE AZUL VERDE VIO- ULTRA-
LETA VIOLETA
780 730 620 570 515 465 415 380
Nanómetros ( 1 x l0-9)
127 La iluminación en la arquitectura
El ojo humano. Visión y percepción El ojo humano, por medio de la visión, es el medio de comunicación más importante
del hombre. El ojo humano se estimula con la luz que reflejan los objetos. Si en un
medio luminoso no existe superficie alguna que refleje la luz, el fenómeno de
percepción de la luz no se lleva a cabo. Debe existir una superficie u objeto que
refleje la luz para que ésta se manifieste y se perciba por medio de la visión.
Ciertamente, la visión es un sistema perceptual en su totalidad. Desde el punto de
vista fisiológico, el ojo humano es un complejo órgano sensorial, que convierte la
energía luminosa que recibe de su relación espacio-temporal de los objetos en su
espacio visual, en señales eléctricas a través de un maravilloso proceso en el
cerebro. El funcionamiento del ojo humano se puede comparar al de una cámara
fotográfica. Simplificando el proceso, se puede decir que la luz proveniente de
una fuente primaria o secundaria pasa a través de una abertura (pupila), hasta una
lente (cristalino), que hace que en la superficie sensible (retina) se forme una
imagen. El nervio óptico se encarga de transmitir esta señal al cerebro, que a su
vez la interpreta. Estos procesos hacen posible que a través de la visión se puedan
apreciar:
•Distancia
•Intensidad
•Color
•Espacio
•Volumen
•Tiempo
La pupila controla la entrada de luz, cerrándose cuando ésta es excesiva y abriéndose
cuando los niveles de luz son muy bajos. Por tanto, el ojo humano puede considerarse
como estructurado por dos grupos especializados de componentes que interactúan
entre sí.
•Componentes ópticos: córnea, lente cristalino, pupila y líquido intraocular
•Componentes neurales (retina y nervio óptico)
La retina tiene dos tipos de células:
•Conos: Actúan cuando se recibe mucha luz y permiten ver detalles y colores: hacen posible la visión fototópica
•Bastoncillos: Actúan cuando se recibe poca luz. Son poco sensibles a los colores:
por esta razón, al momento de ocultarse el sol, se empieza a perder la capacidad
de apreciar los colores.
Cuando los rayos de luz reflejados de un objeto pasan a través de la córnea, el lente
cristalino y el cuerpo vítreo se refractan y se forma una imagen invertida en la retina,
que actúa como una película fotográfica sensitiva a la luz. Los rayos luminosos se
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 128
enfocan en la macula !urea, la región retina! donde los conos son numerosos. Su nombre
deriva de su forma de cono. Los conos contienen pigmentos que los hacen sensitivos al color. En condiciones de oscuridad, dependemos más de los bastoncillos para poder ver.
Estos son receptores en forma cilíndrica distribuidos a través de la mayor parte de
la retina. Conos y bastoncillos contienen pigmentos fotosensitivos cuya estructura
química se altera con la presencia de la luz. Los cambios que ocurren en los conos
y los bastoncillos, a su vez, disparan impulsos eléctricos en las células nerviosas
de la retina, que son enviados a los nervios ópticos del cerebro.
Es importante mencionar también que el ojo humano responde a un
intervalo de niveles de iluminación que se extiende en orden de magnitud de un
millón, ya que va de 0.1 lux (con la iluminancia proporcionada durante la noche
por la luna llena), hasta 120 000 lux, que corresponde a la iluminancia2 en
condiciones de sol directo con una intensidad brillante. Esto significa que, a
diferencia de la banda o rango de confort higrotérmico humano, que es muy
estrecha, para poder realizar una tarea visual común, como es leer, ésta es posible
realizarla, aun cuando no es conveniente, por periodos cortos, bajo condiciones
tan extremas como hacerlo a la luz de la luna o bajo los rayos candentes del sol.
Por supuesto que estas condiciones extremas no son recomendables. Existen
diversas especificaciones y estándares internacionales que establecen los niveles
de iluminancia recomendables y las condiciones óptimas desde el punto de vista
subjetivo o cualitativo, para diversas tareas visuales de los usuarios en sus espacios
arquitectónicos.
Por otra parte, en la arquitectura y el urbanismo, contar con condiciones
óptimas de iluminación hace factible: la orientación del usuario en el tiempo y el
espacio, el conocimiento del entorno físico y los objetos que lo contienen, la
realización de las diversas tareas visuales, tanto cuantitativa como cuali
tativamente. Además, permite crear un ambiente favorable, modificar el aspecto
del espacio, y de sus componentes y superficies, destacar y realzar objetos y áreas,
subdividir el espacio, complementar formas constructivas, crear efectos estéticos
y plásticos favorables, así como coadyuvar a encauzar el movimiento de personas
y automóviles, proporcionar seguridad y, ante todo, lograr condiciones saluda
bles para los usuarios de espacios, tanto arquitectónicos como urbanos.
Luz natural y visión. El color y su influencia La fuente de luz natural diurna por excelencia proviene del Sol, acompañada
siempre de radiación térmica o de radiación de longitud de onda corta. Es decir, la
luz está asociada al calor proveniente del sol. En un día soleado con gran brillan
tez del disco solar, la iluminanciapuede alcanzar hasta 120 000 lumens/m2, es
decir, 120 kilolux. Bajo estas condiciones, incide aproximadamente 1 kW/m2• La
luz natural es en realidad la manifestación visual de la energía solar. El Sol, que es
la fuente primaria de luz natural, envía también a la tierra grandes cantidades de
2 La iluminancia es la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una unidad de área, generalmente sobre 1, m2es decir, lm/m', que equivale a 1 lux, unidad de iluminancai en el Sistema Internacional de Unidades.
3 La Brillantez está en función de la cantidad de luz que recibe el ojo humano.
4 El color se relaciona con la distribución de las longi rudes de onda de la luz, es decir, de su calidad espectral.
129 La iluminación en la arquitectura
radiación solar en la reg10n del corto infrarrojo. La comprensión de la distinción
entre los atributos lumínicos y térmicos de la radiación solar es un factor clave
para su óptima utilización en la arquitectura.
Si se considera que la luz es la manifestación visual de la energía solar
radiante, está íntimamente relacionada con las sensaciones humanas. Los objetos
los percibimos básicamente por la luz reflejada de éstos y por las diferencias en
sus propiedades de brillantez3 y color. 4
El contacto que tienen los usuarios con las edificaciones es precisamente
por medio de la visión y ésta necesita de la luz para hacerse presente. El control
luminoso se establece por medio del manejo de los siguientes factores:
•Intensidad
•Color
•Tipo de fuente luminosa
•Ubicación
•Distribución
•Superficies reflejantes de la luz
La interacción y el manejo de estos factores determinan el efecto resultante. Es
indispensable que la combinación de estos factores esté orientada a satisfacer los
requerimientos de los usuarios en sus diversos espacios y acorde a la función
específica de éstos.
Para poder percibir los objetos, es indispensable que éstos reflejen la luz
incidente. Sin la presencia de este fenómeno de rejlectancia es imposible que el
fenómeno lumínico se manifieste plenamente. Esto significa que nuestra impre
sión de cualquier objeto y sus detalles está determinada por la manera en quf' I~
luz incidente es reflejada.
Por tanto, algunas propiedades físicas de las edificaciones, como las textu
ras y colores de los materiales o acabados de su envolvente pueden realzarse o atenuarse.
Ciertamente, el aspecto de un espacio puede cambiar drásticamente en función de
la iluminación incidente.
El color de la luz. Influencia del color en la arquitectura
El color de la luz depende de la longitud de onda de la radiación que la produce.
La influencia del color en el hombre y su hábitat es un aspecto estudiado por
diversos investigadores. A pesar de no existir una teoría absoluta acerca de esta
influencia, es incuestionable que el color o colores que los ocupantes de un espa
cio arquitectónico o urbano perciben, tienen una relación directa con el estado
emocional, anímico y con respuestas fisiológicas definidas con relativa precisión.
Aun cuando no todas las personas reaccionan de igual forma ante la manifestación
de un color determinado, casi siempre se presentan reacciones conscientes o in-
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 130
conscientes de tipo psicofisiológico y una aplicación cromática adecuada puede
incluso influir en las condiciones de confort psicológico, así como en las activida
des de trabajo del usuario, su eficiencia, productividad, estado de ánimo y, sobre
todo, en su salud. Por tanto se infiere que el color juega un papel muy importante
en la solución exitosa de un proyecto arquitectónico y urbano.
A continuación se mencionan algunas influencias y asociaciones de los colores:
Amarillo: Color cálido. Es el color del sol, de la luz, que se asocia con la
inteligencia y la arrogancia, y con la intensidad de las emociones.
Azul: Color frío, básico de la naturaleza. Es el color predominante del
planeta, por su alto porcentaje de cuerpos de agua en océanos, ríos, lagunas, etcé
tera. Se asocia con las emociones profundas, la reflexión y el juicio. Propicia el
relajamiento y la concentración.
Blanco: Es la suma o síntesis de todos los colores. Representa la pureza, lo
absoluto, la pulcritud y la perfección.
Caft: Color neutro, es el color de la tierra. Presenta un carácter orgánico.
Se asocia con el sentido de la protección y el arraigo.
Gris: Color neutro, que se asocia a la imparcialidad y neutralidad.
Naranja: Color cálido. Color secundario que se obtiene de la mezcla del
amarillo y rojo. Es más cálido que el amarillo. Es estimulante, excitante y produce
entusiasmo. Se asocia al ardor, la atracción y la pasión. Utilizado en grandes
cantidades puede resultar muy agresivo y violento. Es más conveniente usarlo en
áreas de menores dimensiones.
Rojo: Color cálido, asociado a la calidez, a la excitación y al apasiona
miento. Al degradarse y convertirse en color rosa pierde gran parte de sus propie
dades y se relaciona con la absorción de la energía vital corporal, la feminidad, la
ternura y la juventud.
Verde: Color frío. Color secundario que se obtiene de la mezcla de amari
llo y azul. El azul ejerce una fuerte influencia sobre el verde. Ambos son los
colores predominan tes del planeta. Estos colores se asocian y relacionan directa
mente con las condiciones climáticas del planeta. En climas cálido secos, el color
verde se torna en diferentes tonalidades de amarillos y cafés. En climas cálido
húmedos el verde se intensifica y contrasta fuertemente con el azul del cielo y de
los cuerpos de agua. El verde tiene fuertes propiedades tranquilizantes, de adapta
ción y de expectativas favorables. Es el color de la esperanza.
Violeta. Color que se encuentra en el extremo del espectro electromagné
tico de la luz visible. Es el color más frío y oscuro en su valor tonal puro, es decir,
sin mezclarlo con negro. Se asocia con virtudes humanas como la bondad, la
espiritualidad, la humildad, la lealdad, la tolerancia y la paciencia.
En relación con los colores y su influencia en el hombre se podrían men
cionar más aspectos. Lo importante es su manejo adecuado, considerando diver
sas variables, tales como:
5 Un ángulo sólido es la porción de un espacio alrededor de un punto circundado por una superficie cónica cuyo vértex está en el punto. Se expresa en steradians. 1 candela = 1 lumen/steradian.
131 La iluminación en la arquitectura
•Relación con el impacto del clima en la "piel constn:ctiva" del edificio, es
decir, si es un clima cálido, el color utilizado en las fachadas deberá ser de
alta reflectancia; si el clima es templado o frío, los colores de la envolvente
constructiva en su exterior deben ser de baja reflectancia.
•Función a realizar en el interior de los espacios, para la obtención del con
fort visual y lumínico de los usuarios, a nivel cuantitativo y cualitativo.
•Estética de los espacios, exteriores e interiores
•Integración y combinación armónica con otros colores en las superficies
constructivas
•Efectos psicológico y emocional deseables
•Sensación del espacio y su relación con la eficiencia en el trabajo
Parámetros fotométricos utilizados en la iluminación en la arquitectura
En esta secc10n se introducen los parámetros fotométricos más comunes que se
utilizan en la iluminación en la arquitectura. Los principios físicos de la luz pueden
expresarse por los siguientes parámetros luminosos básicos:
Intensidad luminosa
Unidad básica del Sistema Internacional de Unidades. Se define como la intensidad
de un cuerpo negro emisor uniforme de 1/60 cm2 a la temperatura de fusión del
platino. Se mide en candelas (cd). Todos los demás parámetros y unidades se derivan
de ésta. Se define también como la capacidad de una fuente luminosa de emitir luz en
una determinada dirección, medida en lumens por ángulo sólido o steradian. 5
Flujo luminoso
Es la cantidad de energía radiante visible (luz), determinada por la proporción de
tiempo de su flujo. Se mide en lumens (lm). Un lumen es el flujo luminoso emitido
por una fuente puntual de intensidad unitaria (1 cd) en un ángulo sólido unitario.
Si la superficie de una esfera subtiende en su centro 4p ( = 12.56) unidades de
ángulo sólido, una fuente puntual de 1 cd emitirá un total de 12.56 lm en todas
direcciones.
Iluminancia
Es la cantidad de flujo luminoso (lm) que incide sobre una unidad de área (m2), es
decir lm/m 2 , que equivale a la unidad de iluminancia en el Sistema Internacional
de Unidades: el lux. También, iluminancia (I) es la densidad o concentración de
flujo luminoso sobre una superficie, 1 lm/m2 = 1 lux.
Es importante mencionar que la iluminancia de una fuente puntual (por
ejemplo una lámpara) disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto se conoce
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 132
como la Ley de la Inversa del Cuadrado y es aplicable cuando el plano iluminado es
perpendicular a la dirección de la luz, es decir, cuando el ángulo de incidencia
(b)=Ü. Así, una fuente luminosa con una intensidad de 1 cd emite un flujo lumino
so total de 4p lumens. A una distancia "d", este flujo luminoso se distribuirá sobre
una esfera <le radio r, es decir, en una superficie de 4 d2•
Por lo tanto, la iluminancia a una distancia des:
I = 4p 11 4pd2 = l/d2 Ley de la Inversa del Cuadrado
La intensidad luminosa y el flujo luminoso se relacionan con la Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia. La iluminancia en una superficie perpendicular a la dirección de un punto es directamente proporcional a la intensidad luminosa de la faente (cd) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente desde la superficie. Por tanto se puede afirmar que no
hay pérdida de luz, sino un incremento en el área iluminada en cada cono de luz de
una fuente puntual. Por ejemplo, cuando la distancia de una fuente luminosa se
duplica, la misma cantidad de flujo luminoso se distribuye sobre un área que es 4
veces mayor. Esto se explica porque la dimensión de la superficie receptora se du-2
plica en sus dos direcciones, y en consecuencia, la iluminancia (cd/m o lux), se
reduce 25%. De manera similar, cuando la distancia se triplica, la iluminancia
se reduce en una cantidad del cuadrado de 3 = 9, por tanto, la iluminancia se
reduce a 119. Ésta se aplica básicamente a luz natural difusa, como el caso del
cielo, sin considerar el Sol, y a fuentes artificiales, en los cuales el patrón de los
rayos de luz es divergente, la cual causa una disminución en la intensidad lumino
sa en función de la inversa del cuadrado de la distancia.
Debido a la gran distancia de la Tierra con respecto al Sol, los rayos
directos provenientes del Sol llegan a la tierra en forma paralela, por tanto, la
iluminancia de la luz solar directa es prácticamente constante a cualquier altura
dentro de la superficie terrestre. Por esta razón, para los cálculos de la luz solar
directa la Ley de la Inversa del Cuadrado no aplica.
Cuando el plano iluminado se encuentra inclinado, el mismo flujo lumi
noso se distribuye en una superficie mayor, por lo que la iluminancia se reduce,
aplicándose otra ley, la Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia de una Fuente
Luminosa. La reducción de la iluminancia es proporcional al coseno del ángulo
de incidencia:
Donde:
lb = I p x Cos b Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia
I p = Iluminancia sobre un plano perpendicular
lb = Iluminancia sobre un plano inclinado b grados
b = Ángulo de Incidencia
133 La iluminación en la arquitectura
Es muy importante aclarar que para el caso de una fuente lineal de longi
tud infinita, la iluminancia procedente se reduce en proporción directa a la dis
tancia y no al cuadrado de la distancia. Si procede de una fuente luminosa infini
tamente grande, como el cielo, la iluminancia no varía con la distancia.
Luminancia
Es la medida de la brillantez o luminosidad de una superficie (1). Si una fuente lumi
nosa de intensidad de 1 cd tiene un área de 1 m 2 (es decir, 1 cd distribuida en 1 m 2), su
luminancia es de lcd/m2, que es la unidad oficial del Sistema Internacional de Unida
des para la luminancia. También se puede establecer que si una superficie completa
mente reflejante y difusora ( r = 1) tiene una iluminancia de 1 lux, su luminancia es 1
asb (apostilb). Ambas unidades miden la misma magnitud y se relacionan de la si
guiente manera: 1 cd/m2 = 3.14 asb. Luminancia también indica el valor de la sensa
ción de luminosidad que el ojo humano tiene de una superficie (cd/m2).
También, el parámetro luminancia se refiere a la cantidad fotométrica y
brillantez de la sensación visual subjetiva. Por tanto, la luminancia reflejada de una
superficie está en función de la iluminancia sobre la superficie, así como de la re
flectancia de la propia superficie. Por ejemplo, si una superficie tiene una reflectancia
de 50% , y es iluminada por un flujo luminoso de 500 lumens/m2, es decir por 500 lux,
la luminancia resultante será igual a 250 candelas/m2 ( 500 lux x 0.5 = 250 cd/m2
).
Reflectancia, absortancia y transmitancia de la luz
La luz que incide en una superficie puede distribuirse de tres maneras: por re
flexión, absorción o transmisión. Para todos los casos:
Reflectancia (R) + Absortancia (A) + Transmitancia (T)
Reflectancia
Es la relación del flujo luminoso reflejado entre el flujo luminoso incidente. Las
características reflectivas de una superficie que va de un acabado mate, de la cual
se refleja la luz equitativamente en todas direcciones a una especular, en sólo una
dirección. De una superficie de espejo convexo, los rayos reflejados son diver
gentes, y de un espejo cóncavo, los rayos reflejados son convergentes.
Absortancia
Es la relación del flujo luminoso absorbido entre el flujo luminoso incidente. Si la
superficie es transparente o translúcida, parte del flujo luminoso incidente es
transmitido a través del material.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 134
Transmitancia
Es la relación del flujo luminoso transmitido entre el flujo luminoso incidente. Si
el paso de la luz es bloqueado, el material se denomina opaco. Ningún material es
absolutamente opaco o totalmente transparente. La transparencia del material
depende de su espesor.
Refracción
La refracción de la luz ocurre cuando la luz entra de un medio transparente a otro
distinto y cambia de dirección. Si después de pasar a través de una hoja de vidrio
con superficies paralelas, el rayo de luz permanece paralelo al original, pero des
plazado una cierta distancia, ocurre una doble refracción, es decir, dos refracciones
de igual magnitud pero en direcciones opuestas.
Temperatura de color
El color de radiación puede ser designado de acuerdo a la temperatura del emisor,
es decir por su temperatura de color (TC), dada en ºK. La emisón de luz de los
objetos se describe en términos de temperatura de color correlacionada (TCC), es
decir, la temperatura de emisión de un cuerpo negro, lo más cercano a él en
apariencia. Los colores de la luz corresponden a las siguientes temperaturas de
color de un cuerpo negro:
Colores
Rojo
Amarillo
Blanco
Azul
Temperatura
800-900 ºK
3000 ºK
5000 ºK
Azul brillante
8000-10 000 ºK
60 000-100 000 ºK
La temperatura de color correlacionada de varias fuentes luminosas es:
Fuentes de luz artificiales
Vela
Lámpara incandescente típica
Lámpara halógena
Fuentes de luz naturales
Luz natural vespertina
Luz de Sol directo de mediodía
Cielo nublado
2000 ºK
2500 ºK
3200-3400 ºK
4000 ºK
5500 ºK
4500-6500 ºK
Cielo despejado azul profundo 60 000-100 000 ºK
135 La iluminación en la arquitectura
Es importante resaltar que los colores comúnmente identificados como cálidos o
fríos, presentan un significado inverso en lo que respecta a su temperatura de color.
Por ejemplo, el rojo presenta la menor temperatura de color, mientras que el azul
frío, presenta una temperatura de color alta.
El entorno lumínico y la percepción del usuario Es indudable que el fenómeno lumínico contribuye a que los usuarios perciban el
espacio y tengan conciencia de éste, por medio del registro de imágenes sucesivas,
concurrentes y asociativas. Por ello, es indispensable que el diseñador genere un
ambiente lumínico-visual propicio, de tal manera que las percepciones e
impresiones sensoriales refuercen los patrones conductuales relacionados con las
diversas actividades que realice el usuario en sus espacios. Es cierto que el sentido
de la vista es esencial, ya que permite captar las relaciones espaciales y apreciar y
conocer los objetos y sus detalles. Asimismo, por medio de la vista es posible
determinar los procesos implícitos de orientación en el entorno físico circundante
y la formación de impresiones espaciales tridimensionales. Para lograr lo anterior
favorablemente, es necesario contar con condiciones óptimas de iluminación,
desde los puntos de vista cuantitativo y cualitativo.
Las condiciones de iluminación tienen el potencial de favorecer la
apreciación del espacio y entorno circundantes y de los objetos, materiales y
superficies que los componen. Es indispensable que el diseñador maneje la luz
para destacar y realzar la forma de las edificaciones, sus aspectos conceptuales en
las partes estructurales y constructivas.
La luz en las edificaciones también puede emplearse para revelar formas
e intenciones, o para ocultar, modificar y alterar geometrías y superficies, bien
para sorprender y hasta imaginar y descubrir contextos inesperados en la
arquitectura. Estas condiciones son altamente deseables, y con una práctica
constante es posible lograr una capacitación de alto nivel en el empleo adecuado
de la luz en la arquitectura.
Tipos y fuentes de iluminación en las edificaciones El Sol directo y el cielo difuso como fuentes de luz
Un buen diseño de iluminación no necesariamente implica el uso de grandes
ventanales. La clave es el manejo equilibrado de la luz cuantitativa y cuali
tativamente, en términos más amplios y sensitivos del diseño en la arquitectura. La
luz natural que penetra en un espacio debe considerar cantidades adecuadas y una
distribución acorde a las tareas a realizar, para satisfacer necesidades biológicas,
fisiológicas y psicológicas de los ocupantes. El deslumbramiento de la luz debe
controlarse y evitarse en lo posible, para asegurar condiciones confortables y
placenteras desde los puntos de vista lumínicos y visuales.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
·e(frfic1os
Cjrcundanrc.s punto de tarea vrsual
de referencia
Componentes de la luz y su relación con la incidencia en los espacios arquitectónicos
N
w
s
2.5 2
1.5
2.s 2 LS
136
N
Características del cielo nublado. Se ilustran patrones de isoluminancias, con una distribución de 3: 1, cenit: horizonte. Por tanto, el valor máximo de luminancia se presenta en el cenit y el mínimo en el horizonte
E
Características de cielo despejado. Se ilustran patrones de isoluminancias, con una distribución de 10:1, siendo el valor máximo de luminancia en la región cercana al sol y el mínimo a 90° en dirección opuesta al sol (0.5)
Sección típica de la bóveda celeste para un cielo nublado
Sección típica de la bóveda celeste para un cielo despejado
137 La iluminación en la arquitectura
Los factores que afectan el diseño de la luz natural en las edificaciones incluyen:
•Tipo de fuente luminosa
•Variaciones en la cantidad disponible, causadas por la
posición e intensidad de la luz solar
•Luminancia y distribución de la luminancia de cielos
despejados, parcialmente nublados y totalmente nublados.
•Efectos del entorno circundante. Edificios, elementos del
paisaje, la topografía y la vegetación
•Deslumbramientos y patrones de luminancia circundantes
Por tanto, las estrategias de diseño utilizadas para admitir la luz natural en las
edificaciones deben responder a todos los factores antes referidos.
Fuentes luminosas naturales. El cielo (luz difusa) y el sol directo (luz directa)
como fuentes de luz natural y su incidencia en las edificaciones y sus espacios
interiores
Las fuentes de luz provenientes del sol, del cielo y de superficies circundantes que
inciden y se distribuyen en los espacios interiores de las edificaciones se compo
nen de:
Componente directa,
Componente difusa, y
Componente reflejada, externa e interna
Comparado con el sol directo, el cielo difuso de la bóveda celeste imaginaria
tiene un área visual muy grande y una luminancia relativamente baja. La
cantidad de luz natural que proviene de un cielo difuso depende de la posición
del Sol y de las condiciones atmosféricas de transparencia. La distribución de
la luminancia de un cielo nublado varía según el lugar (latitud), hora del día,
densidad y uniformidad del cielo difuso. Un cielo uniformemente nublado es
de 2.5 a 3 veces más brillante en el cenit que en el horizonte. La luminancia del
cielo en un día despejado varía con la posición del sol y la cantidad de polvo y
partículas atmosféricas. Con excepción de la región inmediatamente circun-
\
' .... .... __
Iluminación unilateral
.... ___ _ \ ' /
.... _____ .,,,.
Iluminación bilateral
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 138
Iluminación cenital Iluminación combinada cos
dante al sol, donde la iluminancia es máxima, el cielo despejado es normal
mente más brillante cerca del horizonte que en el cenit. En este tipo de cielo,
la luminancia es mínima a 90° en dirección opuesta al lugar donde se encuen
tra el sol.
El sol directo como fuente de iluminación tiene un potencial enorme.
Ciertamente, el sol directo actúa como una intensa fuente colimada6 de una
temperatura placentera al ojo humano, y es capaz de proporcionar niveles de
iluminancia en un plano perpendicular al sol, de 50 000 lux (en condiciones de
cielo despejado, sol brillante y cielo azul intenso, con menos de 30% de nubosidad),
hasta 120 000 lux (con sol directo brillante y cielo azul intenso, con menos de 15%
de nubosidad).
En comparación, un cielo difuso como fuente de luz tiene un potencial
lumínico menor al del Sol directo, del orden de magnitud de 40 000 lux (para un
cielo parcialmente nublado con 30 a 70% de nubosidad) a 5 000 lux (para un cielo
totalmente nublado, es decir, con 100% de nubosidad y con un sol no visible).
Ambas condiciones están presentes casi en todas las regiones y dependerá
del diseñador lograr optimizarlas para ofrecer a los usuarios las mejores condicio
nes posibles para la adecuada realización de sus diversas actividades en su hábitat.
Direccionalidad de la luz en las edificaciones
La iluminación en una edificación puede provenir de la siguiente manera:
Unilateral: La distribución de la iluminación es muy irregular, siendo
muy elevada en la región cercana a la ventana y muy baja en la parte profunda del
espacio. El contraste de proporción de brillantez es muy alto y esto provoca falta
de confort lumínico en el espacio.
Bilateral: La distribución de la iluminación es más uniforme y se mejo
ran los niveles de iluminancia. Se reducen los efectos de excesivo contraste y
brillante en las regiones cercanas a las aberturas, y esto contribuye a lograr condi
ciones de confort lumínico de los usuarios en el espacio.
6 Que riene la propiedad de acruar con dirección e intensidad acenruadas.
139 La iluminación en la arquitectura
Cenital: La distribución de la iluminación puede ser más uniforme en
las zonas donde incide el flujo luminoso directo y/o reflejado de superficies
secundarias. Es indispensable que se integren dispositivos de control solar y
sombreado para evitar el impacto directo en las áreas donde se realicen tareas
visuales, particularmente en climas predominantemente cálidos, para lograr
condiciones de confort 1 umínico de los usuarios en el espacio.
Luz natural y su interacción en las edificaciones y el entorno urbano exterior
La habilidad del hombre de integrar el uso de la luz natural en los edificios
comenzó con la comprensión de los movimientos cíclicos del sol, como principal
elemento del entorno circundante. La predicción de los periodos de asoleamiento
y su modificación por efecto del clima formaron la base de las actividades diurnas y
estacionales del hombre. Los ciclos rítmicos del sol fueron establecidos por
nuestros antepasados en múltiples monumentos ceremoniales, relojes o
marcadores solares y estructuras cotidianas, diseñadas para relacionar de manera
particular tales proceso rítmicos y las condiciones climáticas locales resultantes.
La alianza y la armonía del hábitat tradicional del hombre con el ambiente
natural ha permitido lograr un albergue bien iluminado y térmicamente res
ponsivo, que los constructores con sentido común han desarrollado para propagar
una arquitectura tradicional que ha pasado de una generación a otra hasta nuestros
días. Sin embargo, esta arquitectura, caracterizada por integración armónica
con el ambiente natural, aplicada con sentido común, lamentablemente ha
desaparecido en las diversas regiones del planeta, y sus ventajas y beneficios se
han ignorado casi en su totalidad.
El objetivo principal de un sistema lumínico es proporcionar la adecuada
visibilidad para la óptima realización de las diversas tareas visuales de los usuarios
en sus espacios arquitectónicos, de tal manera que puedan llevar a cabo sus acti
vidades con condiciones de confort lumínico y visual, y lograr niveles óptimos de
eficiencia y productividad en las tareas a realizar. Para lograr una iluminación
adecuada, es indispensable contar con niveles de luz suficientes (cantidad de luz)
y con las características apropiadas (calidad de la luz). Se pueden tener sistemas
lumínicos con luz incidente directa o bien reflejada de superficies circundantes
(fuentes secundarias de luz), considerando su color, tono, textura, reflectancia
lumínica, tamaño, geometría y ubicación, entre otras.
A nivel estación de trabajo, el buen funcionamiento de un determinado
sistema lumínico natural debe proporcionar una eficiente comunicación de datos
visuales precisos, de información específica requerida, de tal forma que se pueda
lograr un conocimiento global interactivo que contribuya a la realización de las
tareas visuales del usuario en condiciones lumínicas óptimas, tanto cuantitativa
como cualitativamente.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 140
Además de ofrecer confort visual y lumínico a los usuarios en sus espacios,
la luz y, en particular, el sistema lumínico resultante tienen un efecto psicológico.
En efecto, el aspecto de un entorno lumínico en un espacio depende de la intensidad,
color, ubicación, distribución, tamaño, entre otros. En términos generales, niveles
elevados de iluminancia estimulan y proporcionan hiperactividad a los usuarios,
mientras que niveles bajos favorecen el relajamiento, el descanso, la privacidad,
la intimidad y hasta la somnolencia. El color de la fuente luminosa también le da
una dimensión muy particular al enfoque del diseño de los espacios arquitectónicos.
Es incuestionable que los usuarios responden emocionalmente a su entorno físico,
y el color es uno de los principales factores que determinan cómo se perciben los
espacios. Con base en el manejo del color de la iluminación es posible modificar
la percepción del color de las superficies de los objetos y del espacio mismo. El
diseñador puede lograr un efecto determinado en un ambiente de un espacio
edificatorio con el manejo del color, ya que los usuarios relacionan y asocian los
atributos cromáticos de los colores con objetos, experiencias, sitios, situaciones y,
sobre todo, con emociones, remontándose inclusive a través del tiempo. Lo antes
mencionado debe considerarse en todo proyecto arquitectónico, y al usuario
asignársele un valor intrínseco como ser psicofisiológico con todas sus cualidades
emocionales y espirituales implícitas.
Desde el punto de vista psicológico, la luz también afecta diversos aspectos
del usuario, tales como eficiencia y productividad en el trabajo, ritmos biológicos,
estado de ánimo, sensación de bienestar y sobre todo tiene una relación directa
con los estados de salud. Los cien tíficos han identificado cuatro factores claves
que tienen influencia sobre los efectos de la luz en los seres vivos:
•Intensidad
•Duración
•Sincronización
•Distribución espectral
Cada uno de estos parámetros influye en los ritmos biológicos tales como: sueño,
vigilia, apetito y temperatura corporal tanto en los seres humanos como en los
animales. Otro de los mecanismos clave en este movimiento de reloj interno es la
secreción durante periodos de oscuridad de una hormona llamada melatonina, que se
localiza en el cerebro, cerca de la glándula pineal. En lugares de latitudes altas, la
falta de luz natural en invierno es un serio problema que afecta severamente a los
usuarios que permanecen mucho tiempo intramuros, y provoca serios problemas
psicofisológicos, sobre todo con severas manifestaciones depresivas. Esta alteración
se conoce con el nombre de desorden afectivo estacional. Una solución efectiva a este
problema es la exposición a luz, preferentemente, natural para suprimir la secreción
de melatonina y así sincronizar y regular los ritmos biológicos corporales, que influencian los
141 La iluminación en la arquitectura
ciclos de sueño y vigilia, apetito, etcétera; y que se relacionan directamente con
nuestra salud, productividad, estado de ánimo y niveles de energía corporal. En
lugares ubicados en latitudes cercanas a los polos, la falta de luz natural en invierno
es un serio problema que afecta a la población.
Por lo que respecta a los diversos espacios arquitectónicos y urbanos de
un entorno, un diseño lumínico óptimo debe establecer una sensación de direc
ción visual, de perspectiva y enfoque de los objetos circundantes. La percepción
subjetiva del espacio visual, está relacionada con los diversos patrones, niveles y
rangos de luminancia o brillantez de las superficies y objetos iluminados, al igual
que con su conformación y organización. Por lo que concierne al color de la luz,
es importante mencionar que los cambios de éste pueden modificar y alterar los
juicios subconscientes relacionados con las condiciones del ambiente general del
entorno físico que el usuario percibe, tanto a nivel arquitectónico como urbano.
Por otra parte, la percepción tridimensional de las formas arqui
tectónicas y urbanas y de su textura, depende del tipo, cantidad, ubicación y
distribución de la luz incidente. Por medio de la combinación de luminancia y
sombra de los volúmenes arquitectónicos se contribuye a obtener influencias
visuales estimulantes, acentos y realces de brillantez de superficies, entre otros
efectos. En áreas sombreadas se puede proporcionar descanso visual y estimular
el interés por los espacios circundantes del entorno de los usuar10s.
Criterios para el manejo de índices de reflectancia en las
superficies de la envolvente constructiva intramuros
en relación al género de edificio y al clima
Es recomendable que el color de muros y, sobre todo, del plafón tengan valores
altos de reílectancia para contribuir al ahorro de energía y confort visual y lumínico
de los usuarios en sus espacios. Este criterio debe considerar el género de edifica
ción y el clima, así como el tipo de sistema de iluminación eléctrica a utilizar.
Se sugiere que el sistema de luminarias a utilizarse se integren armónicamente
a los criterios de diseño de la luz natural que se introducirá a los diversos espacios de
una edificación. En términos generales, para ahorro y uso eficiente de la energía, y
para obtener condiciones óptimas de confort lumínico y visual para los usuarios, se
recomiendan los siguientes valores de reflectancias en muros, plafones y pisos:
Criterios para el manejo de índices de iluminancias y reflectancia en diversos
géneros de edificaciones
Los criterios de los índices de iluminancia y reflectancia para diversos géneros de
edificaciones se basan en las tareas visuales a realizar y en otros factores como la
edad del usuario y el carácter del edificio en estudio. Se consideran como valores
mínimos recomendables de iluminancias los indicados en las Tablas a y b, y de
coeficientes de reflectancia en las Tablas c y d.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 142
Tipo de edificación y tarea visual Nivel de iluminancia
recomendable (Lux)
Áreas generales en edificaciones:
(corredores, áreas de circulación,toilets, etc.)
(Escaleras, etc.)
Tiendas de ensamblaje
100
150
Tareas visuales de trabajo rudo 300
Tareas visuales de trabajo moderado 500
Tareas visuales de trabajo fino (electrónica y ensamble de maquinaria) 750
Tareas visuales de trabajo muy fino (ensamble de instrumentación) 1500
Fábricas textiles
Presión, planchado 500
Costura 750
Inspección 1000
Oficinas
Archivo 200
Salas de conferencias 300
Trabajo de captura de daros, en unidades de cómputo, etc. 500
Espacios profundos en plan abierto 750
Salones y talleres de dibujo 1000
Edificios educativos
Talleres, bibliotecas y salones de lectura 300
Salones de clase 500
Salas de conferencias 500
Trabajo de captura de datos, salones de cómputo 500
Laboratorios, salones de arte, gimnasios 500
Salones y talleres de dibujo 750
Edificios educativos
Talleres, bibliotecas y salones de lectura 300
Salones de clase 500
Salas de conferencias 500
Tiendas y centros comerciales
Tiendas convencionales
Tiendas de autoservicio y salas de exhibición
Supermercados y tiendas de departamentos
300
500
750
Tabla a. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios
Tabla b. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios
143
Tipo de edificación y tarea visual
Edificios públicos
Cines:
Auditorio
Foyer
Teatros y salas de conciertos
Auditorio
Foyer
Museos y galerías de arte
Obras de arte sensitivas a la luz
Obras de arte no sensitivas a la luz
Edificios religiosos
Nave
Coro, altar, púlpito
Edificios habitacionales
Recámaras:
General Cabecera de la cama
Baños:
General Área de maquillaje y afeitado
Salas: General
Lectura, costura
Comedor: General
Comida
Escaleras
Cocinas:
General
Áreas de trabajo
La iluminación en la arquitectura
Nivel de iluminancia
recomendable (Lux)
50 150
100 200
150 300
100 300
50 200
100 500
100 500
100 300
100
300 500
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Espacios Plafón Muros Pisos
Edificios Coeficientes de r e f 1 ectancia
habitacionales
Sala
Comedor
Recámaras
Baños
Circulaciones
Edificios
de oficinas
Archivo y área administrativa
Salas de conferencias
Privados
Áreas de cómputo
Talleres de dibujo
Baños
Circulaciones
Edificios educativos
Talleres, bibliotecas y
salones de lectura
Salones de clase
Salas de conferencias
Baños
Circulaciones
Color en superficie
Yeso con pintura blanca mate
Amarillo claro
Amarillo ocre
Café Azul cobalto y verde cromo
Verde pasto
0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
0.75-0.85 0.10-0.75 0.75-0.85 0.10-0.75
0.75-0.85 0.25-0.75 0.60-0.85 0.50-0.85 0.75-0.85 0.50-0.85
0.75-0.85 0.30-0.75 0.75-0.85 0.30-0.75 0.75-D.85 0.30-D.75 0.60-0.85 0.30-0.75 0.75-0.85 0.30-0.75 0.60-0.85 0.60-0.85 0.75-0.85 0.60-0.85
0.75-0.85 0.30-0.75 0.75-0.85 0.30-0.75 0.75-0.85 0.30-0.75 0.60-0.85 0.60-0.85 0.75-0.85 0.60-0.85
Coeficiente de reflectancia
0.85 0.75 0.50 0.30 0.15 0.05
144
Tabla c. Coeficientes de reflectancia mínimos recomendables en superficies constructivas en algunos géneros de edificios
Tabla d. Coeficientes de reflectancia en superficie constructivas típicas
145 La iluminación en la arquitectura
Iluminación eléctrica y su integración con la luz natural en la arquitectura
La iluminación en la arquitectura hasta antes del surgimiento de la lámpara
incandescente se caracterizaba por el uso casi exclusivo de la luz natural,
complementándose con algunas fuentes luminosas como las lámparas de aceite,
velas, etcétera. Es a partir de los descubrimientos casi concurrentes de Swan en
Inglaterra y Edison en EUA, a finales del siglo XIX, que la luz artificial, en forma
de bombillos eléctricos, comienza a ser utilizada en la arquitectura y para iluminar
espacios de uso exterior. De esta manera, se extienden los periodos de actividad
del hombre y se inicia una serie de desarrollos en la tecnología de la iluminación,
que en la última década ha sido impresionante. En la actualidad, la nueva
tecnología de sistemas de iluminación eléctrica se caracteriza por:
•El ahorro y uso eficiente de la energía
•El proporcionar confort y calidad visual a los usuarios en sus espaoos
•Integración armónica con la provisión de luz natural
•Compatible con criterios de Sustentabilidad
Esta situación ha contribuido a tener un enfoque integral en el manejo de la
iluminación en la arquitectura. Con base en esta premisa, el objetivo fundamental
se orienta a la integración armónica de la luz natural con la luz eléctrica, aplicando
criterios de ahorro y uso eficiente de la energía y de sustentabilidad, para obtener
un mejoramiento de la economía, el ambiente y la calidad de vida.
En la elección del tipo de lámpara a utilizar, es importante tener en cuenta
que existen cuatro tipos de sistemas lumínicos de la tecnología de la iluminación
actual:
•Sistemas de iluminación incandescente
•Sistemas de iluminación fluorescente
•Sistemas de iluminación de alta intensidad de descarga
•Sistemas de diodos emisores de luz (LEDS)
Por otra parte, para seleccionar el tipo de luminario (se compone de: lámpara,
gabinete, control electrónico y control óptico) a utilizarse en un proyecto lumínico,
es importante conocer, como complemento a los ya descritos, los siguientes
parámetros 1 umínicos:
Eficacia luminosa: Indica con qué rendimiento es transformada en
luz la potencia eléctrica consumida. Unidad: Lumen/Watt.
Flujo luminoso: Indica cuánta luz en total despide una lámpara en
todas direcciones. Unidad: Lumen.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Intensidad luminosa: Indica la intensidad de luz que sale de una
lámpara o de un luminario en una determinada dirección.
Unidad: Candela.
Temperatura de color: La temperatura del cuerpo negro o radiador
de Planck, a la cual se asemeja el tono de luz de la fuente.
Indica la tonalidad o apariencia de una fuente luminosa. En
términos generales las fuentes luminosas pueden clasificarse
como: fuentes de luz con tonalidad cálida, neutra y fría.
U ni dad: (ºK).
Índice de rendimiento cromático o reproducción cromática: Es un valor
que indica hasta qué punto la reproducción cromática de la
luz emitida por una fuente luminosa coincide con la luz de
una radiación de Planck en la misma temperatura de color. Es
decir, cuál es la capacidad de una fuente 1 uminosa para
reproducir los colores como son en la realidad, al observarse
bajo la luz natural del día (generalmente, como referencia, al
mediodía solar, al nivel del mar). Unidades: Porcentaje (%).
146
Colectores solares para calentamiento de agua doméstica
1 En julio de 2000 el costo del barril de petróleo brent se ubica en 28 dólares por barril, en comparación con los 12 dólares que tenía en julio de 1999. Esto significa un aumento de más del 130% que aún no se ha visto reflejado en los precios de energéticos dométicos e industriales. Sin embargo, en el mes de junio del 2000, los países europeos se vieron forzados a incrementar el costo de sus gasolinas en 8%. Fuente: diario Excelsior, sección financiera, julio 14, 2000.
2 Marco Sala y Paola Gallo, Municipal Initiatives far Promoting the Use of Renewable Energy. PLEA, Kushiro, Japón, 1997.
3 A modo de ejemplo véase Yshio Ogosu, Relatiomhip between Actual Energy Consumption far Heating!Cooling and Calculated Results, PLEA, Kushiro, Japón, 1997. En el que se revisan ocho casos de estudios de ciudades en Japon.
Los colectores solares son sistemas de conversión de energía muy simples. Se
descubrieron en las primeras civilizaciones debido al evidente poder energético
de la radiación solar. Los primeros colectores solares propiamente dichos surgen
en Francia en el sigloxvm, y son conocidos como cajas calientes.
Su fundamento físico consiste en colocar un fluido -generalmente agua
en un recipiente y producir un calentamiento acelerado por medio de una superficie
translúcida en la parte superior expuesta al sol, un captador de color oscuro en su
interior y una capa aislante en los otros lados del recipiente. El llamado "efecto
invernadero" incrementa la temperatura al interior del recipiente y por lo tanto
del fluido.
Aunque en el siglo XIX se desarrollaron sistemas eficientes, fue hasta la
cns1s energética de los años setenta cuando los sistemas solares tuvieron un auge
asombroso, y un gran número de técnicos y fabricantes inició la investigación en
sistemas económicos y confiables, así como la producción industrial de los mismos.
Desdichadamente, el control del precio de los combustibles fósiles por
parte de los países industrializados ha desalentado el empleo de sistemas de
calentamiento de agua solar en esos países y promovido el empleo del gas y la
electricidad como fuentes energéticas. Aun cuando el reciente aumento en el precio
del barril de petróleo demuestra que estos combustibles subirán de precio toda
vez que es un energético no renovable cuya disponibilidad es incuestionablemente
finita. 1
Sin embargo, en los países templados y con escasos recursos económicos
como México, es importante promover el empleo industrial y doméstico de
sistemas de calentamiento solar, ya que son fuente disponible de energía a muy
bajo costo y en cantidades suficientes.
Para ello es necesario establecer políticas y estímulos que permitan su
implementación a nivel de gobierno local, estatal y federal. Asimismo, los medios
de comunicación y difusión jugarán un papel determinante para erradicar los
mitos y conocer con mayor profundidad este tipo de sistemas. 2
En los foros técnicos tanto internacionales como nacionales, el tema de colectores
solares planos ha sido revisado y evaluado a profundidad, demostrándose en
múltiples experiencias en laboratorio y en programas piloto su factibilidad de uso,
limitaciones y consideraciones especiales. 3
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 150
El objetivo central de esta sección es presentar algunos de los conceptos
más importantes relacionados con los colectores solares para el calentamiento del
agua de uso doméstico en México, enunciar sus limitaciones (por región, por
ubicación y por demanda) y determinar su factibilidad de uso.
¿Qué es un sistema de calentamiento solar? Un sistema de calentamiento solar es un dispositivo de transferencia y
almacenamiento de energía. Está compuesto por dos elementos. En primer lugar,
por un colector solar, que es por una caja sellada y aislada, con una superficie
translúcida y una superficie receptora por donde circula un fluido de trabajo que en
las versiones más sencillas es agua.
El segundo componente del sistema es el elemento de almacenamiento. Los
sistemas comerciales más comunes son los que tienen un colector y un tanque de agua
aislado o termotanque. Sin embargo, en los últimos años se ha intensificado la
investigación sobre los llamados sistemas autocontenidos, es decir aquellos en los
que el colector es al mismo tiempo el elemento de almacenamiento.
¿Cómo funciona un colector solar? La energía solar es recibida en forma radiante, ésta incide sobre la superficie
translúcida que permite el paso de las longitudes de onda en el espectro visible. La
cantidad de energía disponible en esta fase está en función de la intensidad de la
radiación, el ángulo de incidencia con respecto a la superficie translúcida y sus
características fisicoópticas.
Una vez que la radiación ha ingresado al colector solar ésta calentará un
elemento absorbedor que puede ser metálico o plástico y que presenta un color
oscuro con la finalidad de tener la mayor absortancia posible. En este punto la
energía radiante calentará a la superficie y cambiará de longitud de onda. La
superficie translúcida de la cubierta es opaca para las longitudes de onda en el
infrarrojo, por lo que quedará atrapada en el espacio interior del colector,
presentándose el llamado efecto invernadero. En esta parte del proceso los valores
críticos son la transmitancia de la superficie translúcida, el número de capas de
material translúcido, la absortancia y la emitancia del acabado del captador, el
volumen de aire interior dentro del colector, la resistencia térmica del aislante en
las superficies laterales y en el fondo del colector y el control de infiltraciones de
aire entre los diferentes materiales que conforman la caja del colector.
Cuando la radiación calienta la placa y el aire, en el interior del colector,
esta energía térmica se debe transferir al agua. Una de las soluciones más comunes
es construir un peine de tubos interconectados por medio de dos tubos de mayor
diámetro. A los tubos del peine se le adaptan aletas de diferentes materiales con el
objeto de aumentar la superficie expuesta al sol. Una vez hecho esto se produce una
circulación del fluido por el peine. Esta etapa es crítica para la eficiencia, y algunas
15 1 Colectores solares
de las variables mas importantes son: la conductancia de los tubos y las aletas, el
material y espesor de la pared del tubo y de las placas, el diámetro y número de
tubos, la longitud del peine y la velocidad de circulación del fluido.
Una vez que se ha calentado el fluido (agua), la última etapa del sistema
consiste en conducirlo a un depósito, de tal forma que pueda ser usado cuando se
le necesite. Este depósito generalmente es un tanque aislado o termotanque. Cuando
es posible, se procura que la circulación del fluido se genere de manera natural
por el llamado efecto de termosifón, de otro modo se emplea un sistema de bombeo
para circular el fluido. En esta etapa los factores críticos son los diámetros de los
conductores, la distancia de las líneas y la altura al termotanque, el aislante de los
tubos, la velocidad de circulación del fluido, la capacidad del tanque y el tipo de
aislante.
Un sistema correctamente diseñado e instalado producirá agua caliente a
temperaturas adecuadas. Pero otra etapa crítica del colector será el empleo y
mantenimiento por parte de los usuarios. Ya que la fuente energética del sistema
está disponible en cantidades variables durante casi la mitad del tiempo (10 horas
de 24 diarias) el consumo de agua caliente debe ser racional y adecuado al sistema
instalado. Factores importantes en esta etapa son: la cantidad de agua caliente
consumida, el horario de uso y el mantenimiento del sistema, incluyendo en la
limpieza de la superficie translúcida.
Factores climatológicos La intensidad de la radiación solar depende a su vez de muchos factores: en una
primera instancia, de los movimientos aparentes del Sol a lo largo del año y del
día, lo que determina las estaciones y las horas. El continuo movimiento del Sol
hace que la orientación e inclinación del colector afecten la cantidad de energía
que recibe. Adicionalmente otros factores como la nubosidad y las partículas
suspendidas en el aire disminuyen la cantidad de radiación solar.
La topografía y los elementos del entorno, tales como edificios, anuncios,
autopistas y tanques de agua alteran los patrones de asoleamiento que recibe un
sitio y pueden reducir significativamente la cantidad de radiación que recibe el
colector.
La temperatura del aire tiene un papel fundamental en el desempeño de
un calentador solar, ya que afectará el balance térmico del sistema al determinar
las pérdidas por conducción a través de las paredes laterales y el fondo del colector;
pero, sobre todo, es un factor determinante para la temperatura de entrada del
agua al sistema. Ésta es almacenada en tanques o depósitos no aislados. Dado que
el agua tiene una capacitancia alta, podemos asumir que la temperatura de entrada
del agua fría será muy cercana a la temperatura promedio del aire durante ese día.
Por tanto, en los lugares con temperaturas ambiente promedio elevadas será más
fácil obtener temperaturas útiles de agua caliente.
Introducción a la Arquirecrura Bioclímáríca 152
Otro elemento climatológico crítico para los colectores solares es el
viento. Debido a que los sistemas se colocan en general en las azoteas o en lugares
elevados, están expuestos a corrientes de aire. La intensidad y dirección del viento
pueden incrementar las perdidas convectivas, particularmente a través de la
superficie translúcida, por lo que es importante estudiar los patrones micro
climatológicos del viento y, de ser necesario, establecer barreras o elementos de
control que lo mitiguen sin que se obstruya la exposición del colector al sol.
La colocación de los colectores y su inclinación será determinante para el
ángulo de incidencia con respecto a la superficie translúcida. Por regla general la
inclinación de los paneles debe ser la misma que la latitud del lugar; sin embargo,
esta consideración puede modificarse por obstrucciones inmediatas, corrientes
de viento, patrones diarios o estacionales de nubosidad y radiación y otras
características particulares del sitio donde se instalen.
Superficies translúcidas Las características fisicoópticas de las superficies translúcidas variarán en función
del material empleado. Casi siempre se emplea vidrio arquitectónico, pero éste
viene con espesores de 3, 4, 4.5, 5 y 6 mm (los más usados) y con diferentes
composiciones en sus cristales. 4 También se han empleado con cierta frecuencia
láminas de fibra de vidrio o acrílicos. Sin embargo, estos materiales resinosos
tienen la desventaja de su fácil deformación a la temperatura. La transmitancia de
cada uno de ellos varía en función de su composición y su espesor. Debemos
recordar que para que los fenómenos de transferencia de calor se presenten en el
interior del colector, la energía radiante debe traspasar la cubierta. Mientras más
transparente sea a la radiación (mayor transmitancia) es posible obtener tem
peraturas más elevadas.
También se ha demostrado que la parte más débil, desde el punto de vista
de las pérdidas caloríficas de un sistema de colector, es precisamente la cubierta
translúcida, debido a que estos materiales presentan espesores muy pequeños (de
unos cuantos milímetros), lo que favorece las pérdidas por convección (de fluido
a fluido). Por ello, con frecuencia los colectores para agua doméstica tienen doble
cristal, permitiendo con ello una cámara de aire hermética intermedia. Con esta
medida se puede incrementar la eficiencia para temperaturas en el rango de 40ºC
a 80°C; siempre y cuando la transmitancia de cada una de las superficies sea alta
(85% o superior).
En los experimentos realizados en el Laboratorio de Arquitectura
Bioclimática de la UAM-A, así como en la bibliografía especializada, se ha
demostrado que la eficiencia del sistema disminuye si en lugar de dos capas de
vidrio se emplean tres o más, debido que el efecto global de la reducción de la
radiación es más importante que la reducción de pérdidas del sistema. Esto se
comprende fácilmente si comparamos:
4 Véase el trabajo Características del Vidrio en México, en el Anuario de Estudios de Arquitectura Bioclimática, Vol. 11, México, UAM, 1998.
5 Valores promedio comerciales para vidrio arquitectónico. Estos valores pueden cambiar significativa1nen te dependiendo de la procedencia y composición de los cristales.
153 Colectores solares
Transmitancia del vidrio 5 capa 2 capas 3 capas
3mm .85 .7225 .6141
5mm .82 .6724 .5513
6mm .80 .6400 .5112
Características de la caF El volumen de aire interior dentro del colector es un parámetro importante, dado
que el aire que contiene se debe calentar y parte de este calor será transmitido al
absorbedor. De manera normal, contendrá aire, sin embargo se han hecho
experimentos que lo sustituyen por gases con menor conductividad térmica como
el Argón. Se debe tomar en cuenta que los gases al calentarse se expanden, por
tanto existirá una presión positiva del interior. Esta presión hace que falle el sello
hermético que debe existir si se emplean productos como los silicones. Por ello,
una posibilidad es colocar un vaso de alivio que permita mantener presiones
constantes entre el interior y el exterior. Asimismo se debe establecer un sello
flexible entre las tuberías de alimentación y salida con los diferentes materiales
que conforman la caja del colector.
También se debe poner atención a la resistencia térmica del aislante en las
superficies laterales y en el fondo del colector. En lo particular se debe evitar el contacto de
la placa con aislantes del tipo de la espuma de poliuretano o "unicell", ya que estas
espumas se vuelven inestables a temperaturas relativamente bajas (desde los 80ºC),
por lo que las paredes de las celdas se rompen liberando los gases que contienen
las celdas. Este fenómeno es fácilmente detectable en forma de una película
amarillenta que condensa al interior de las superficies translúcidas.
Características del absorbedor El captador es el corazón del sistema. De su diseño y construcción depende la
eficiencia y resistencia del colector. Existen dos consideraciones de igual
importancia en el absorbedor. Por una parte, su construcción en cuanto a materiales
y diseño geométrico y, por otro lado, su acabado.
Los absorbedores se hacen con frecuencia de tubos de cobre comerciales.
El cobre es un buen conductor y se encuentra en diversos diámetros, así que es un
material idóneo. Dentro de las variables posibles está el número de tubos, su
diámetro y la separación entre ellos. A mayor número de tubos y/o mayor sección
habrá menor resistencia a la circulación, lo que facilitará la circulación del agua y
el intercambio de calor.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 154
Para reducir el costo manteniendo
una buena eficiencia, entre los tubos se
colocan placas metálicas. Estas placas pueden
ser de acero, acero galvanizado, aluminio o
cobre. Los dos últimos metales tienen una
excelente conductancia, sin embargo son
costosos, por lo que muchos fabricantes
emplean acero. En este sentido es importante
el espesor de las aletas. No basta con que sean
de un buen conductor, también deberán tener
un espesor adecuado, para que su sección
transversal tenga un área suficiente para hacer
una conducción optima desde la aleta al tubo.
TEMPERATI.JRA DEL COLECTORVS. CONSUVIO fIÍPICOS)
Otro punto de importancia es la forma
de unión entre el tubo y la aleta. Ésta debe
abrazar al tubo y tener el área de contacto lo
más grande posible. Las uniones se pueden
hacer mecánicas o soldadas. En el primer caso es importante que exista gran
precisión en la unión. En la segunda alternativa, la soldadura deberá de correr a
todo lo largo del tubo y tener un espesor pequeño y uniforme. Sin embargo en esta
última se presenta el inconveniente de que las soldaduras comunes estaño-plomo
tienen temperaturas de fusión bajas que pueden presentarse en el interior del
colector, por lo que es recomendable usar soldadura estaño-plata (de empleo
común para instalaciones de calentadores de gas).
El otro elemento importante del absorbedor es su acabado. Se trata de
conseguir cualidades ópticas de la superficie que permitan absorber la mayor
cantidad de energía (absortancia). Es claro que si se trata simplemente de pintar el
absorbedor deberemos usar pinturas negras u oscuras, con acabado mate. Aun
cuando el color negro es el más eficiente (aproximadamente 90%) otros colores
como el rojo tienen absortancias elevadas (85%). Pero no basta que absorba bien la
energía, en lo posible debe ser un acabado que pierda energía con dificultad. A
esta propiedad se le conoce como emitancia del captador. Lo que buscamos es
un buen receptor pero un mal emisor de energía. Estas características se presentan
en las llamadas superficies selectivas. Existe una gran variedad de ellas, en función
del material sobre el cual se aplican. La más conocida es el proceso de galvanizado,
que produce sobre el acero una superficie selectiva medianamente eficiente (a=. 75,
e=.40). Sin embargo, la mejor superficie conocida es el llamado cromo negro, que es
un acabado por electrodepósito que permite una absortancia del 87% y una
emitancia del 20%. Con ello se obtienen temperaturas más altas. El inconveniente
es que tiene un costo elevado y su proceso debe ser cuidadosamente controlado
para asegurar una permanencia adecuada en el material.
o
6
;i24 18-;J
1416 12
8 10 hcras
Villa Solar, núm.3, Competencia PLEA 88 Lykovryssi, Grecia. Arquitecto A. Tombazis. Vista desde la Plaza de Acceso
JARROS DE AIRE
155
TINACO
SALIDA DE AGUA CALIENTE
Colectores solares
Características del termotanque La función del termotanque es contener un fluido
caliente (agua) y evitar al máximo las pérdidas de
energía. Para ello, el termotanque debe ser un depósito
hermético con una válvula de alivio o un jarro de aire.
El agua se calienta cada vez que hay sol y circula por el
colector, mientras más veces circule el agua más alta
será la temperatura. Por ello, la velocidad de cir
culación del agua y su distribución uniforme en el
colector son muy importantes.
Un fenómeno conocido es el llamado termo
sifón. Éste consiste en que un líquido recipiente
expuesto a una fuente energética se calentará, perderá
densidad y circulará sin necesidad de bombas por los
duetos de un sistema hasta la parte más alta, siempre
y cuando no encuentre cambios de dirección descen
dentes o puntos donde se pueda acumular aire. El
volumen desplazado será reemplazado por líquido a
menor temperatura. Mientras que exista una fuente
de calor la circulación natural del agua se producirá
de manera constante. Este fenómeno es muy útil para
los colectores solares con termotanque, ya que
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
permite que el agua caliente sea almacenada en el
depósito cuando éste se coloca en la parte más alta del
circuito de circulación.
Sin embargo, existen varios factores que
deben ser tomados en cuenta. En primera instancia
el termosifón produce un movimiento muy suave y
lento del fluido, de ninguna manera equivalente al
flujo de una bomba para agua, por lo que los tubos
deberán ser del mayor diámetro, con el menor
número de codos, cambios de dirección y con la
menor longitud posible. Es de importancia crítica
que no exista ninguna parte del recorrido donde se
pueda acumular aire o vapor, ya que esto reducirá o
detendrá totalmente el termosifón. Debemos
recordar que el agua, aún al ser ligeramente calen
tada, libera vapor que se acumulará en las partes
más altas de la tubería. Otro aspecto importante es aislar
térmicamente las líneas de alimentación y salida entre el
colector y el termotanque, ya que el agua fluirá con
constancia por ellas y su enfriamiento afectará a la
temperatura del sistema.
Desde luego, la temperatura de operación
se dará en una relación entre la superficie de
colector expuesta al sol y el volumen de agua a
calentar. Una superficie muy grande con un
volumen muy pequeño de agua la hará hervir, con
lo que la presión y la temperatura interior se
elevarán peligrosamente, pudiendo estallar el
tanque o las tuberías o generar vapor a presión en
las salidas de agua caliente, que produce quemaduras
severas en la piel. Esto ha ocasionado que en algunos
lugares (EUA) sea obligatorio instalar válvulas de
regulación de temperatura en los sistemas solares,
lo que incrementa el costo del sistema, pero aumenta
su seguridad. Una superficie de colector muy
pequeña con un tanque muy grande proporcionará
temperaturas de operación demasiado bajas aún en
días soleados. Dada nuestra temperatura corporal,
el agua caliente debe de salir del tanque cuando
menos a 40ºC para poder ser usada con comodidad.
156
Colector solar de tubo y aleta
Corte esquemático transversal
Corte esquemático longitudinal
~rio2
Vidrio 1
t-~sorbedor
Aislante
t-Caja
f-
6 Aníbal Figueroa ha colaborado desde 1986 a la fecha en la instalación de ocho equipos domésticos en casas habitación de la Ciudad de México, Cuernavaca, Tepotzorlán, etc. de los cuales seis continúan funcionando regularmente sin ningún problema.
157 Colectores solares
En México es común encontrar termotanques de 300 litros; sin embargo,
en nuestra experiencia6 un tanque de 70 litros funciona perfectamente bien
para dos personas y uno de 120 litros puede alimentar a una familia de 4 personas.
Es importante tomar en cuenta que el agua pesa mucho (1 kilo por cada litro
más el peso del tanque) por lo que su ubicación y colocación deberán ser
calculadas correctamente.
Los tanques pueden ser de lámina galvanizada, fibra de vidrio o
plásticos reforzados. Sólo son recomendables los primeros, pues tanto la fibra
de vidrio como los plásticos tienden a deformarse a tempera turas tan bajas
como 60ºC, con lo que presentarán fugas y múltiples problemas de man
tenimiento. En el caso de los tanques galvanizados, éstos deberán incluir una
varilla de manganeso para evitar la corrosión catódica. Este fenómeno se presenta
en cualquier fluido en movimiento que entre en contacto con metales. El fluido se
cargará eléctricamente y acelerará los procesos corrosivos de los materiales
blandos, como es el caso del zinc empleado en el galvanizado.
El tanque siempre debe tener una válvula de alivio o jarro de aire, ya que
la temperatura del agua puede llegar al punto de ebullición. Debemos recordar
que los colectores funcionan con una fuente energética que a nivel de la superficie
de la tierra tiene una intensidad variable, así que no podemos "apagar" el sol. Una
vez que el sistema entra en funcionamiento lo hará de manera continua, por ello
en los días soleados y calurosos es posible que el agua alcance el punto de
ebullición, que puede ser tan bajo como 88ºC en función de la altitud del lugar.
Nuevamente el aislante empleado en el tanque debe garantizar su
eficiencia. Éste debe ser poco conductor y de un espesor suficiente. Los mejores
aislantes actuales disponibles para tanques son las espumas de poliuretano
expandido de alta densidad. Dado que en el tanque la temperatura siempre será
menor que en el colector, el riesgo de daño térmico al aislante es mínimo.
Recientemente se han encontrado en el mercado algunos calentadores
eléctricos de facbricación nacional (para exportación) que resultan excelentes
como termotanques por tener la salida y entrada de agua en forma lateral y una
tercera perforación lateral para el dren de sedimentos. Sin ninguna modificación,
estos calentadores pueden cumplir la función de termotanque con la ventaja
adicional de contar con una resistencia eléctrica que puede calentar el agua o
complementar su calentamiento en días en que la operación no sea satisfactoria.
Pero tal vez sus mejores características sean un riguroso control de calidad, un
buen aislante y un costo de menos de la mitad de los termotanques especiales, lo
que garantiza una larga operación sin problemas con un costo muy razonable.
Operación y mantenimiento Un colector solar bien hecho es una instalación extraordinariamente confiable,
absolutamente silenciosa (uno por lo regular se olvida de que está funcionando),
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 158
con mínimo mantenimiento y asombrosos ahorros económicos. Nunca se le "acaba
el sol", no tiene partes móviles, por lo que no hay que engrasar ni cambiar nada,
no tiene ningún botón o perilla, por lo que no tiene nada que ajustársele.
Los colectores solares se han usado durante varias décadas de manera masiva en
lugares como Israel, Japón y Grecia; países que comparten características de climas no
muy severos y falta de petróleo. Los sistemas han funcionado muy bien en cientos de
miles de hogares. Para ello debemos recordar que un colector solar no es un
calentador de gas o eléctrico y por tanto no puede ser usado de la misma manera.
En primer lugar, el agua caliente no debe ser desperdiciada, por lo que es
recomendable instalar regaderas ahorradoras de agua y cuidar su uso en el lavado de ropa
y trastos. En días soleados un tanque de 70 litros se recupera totalmente en menos de
dos horas. Por lo que otro requisito necesario es que los usuarios deben procurar que el
mayor consumo de agua caliente se dé en la mañana, cuando el sistema dispone de
muchas horas para recuperarse. Si extraemos toda o casi toda el agua caliente en la noche,
a la mañana siguiente el agua estará fría.
En días nublados y fríos, como los de invierno, la temperatura del sistema
bajará sensiblemente. Seguirá funcionando (incluso con mayor eficiencia) pero habrá
menos energía para convertir. Un sistema bien diseñado debe funcionar todos los
días del año, pero en estas situaciones poco favorables el consumo de agua se
deberá reducir al mínimo y procurar hacerlo al finalizar la tarde cuando su
temperatura será máxima.
Las heladas y las nevadas son enemigos de los colectores. Si se llega a
congelar el agua en las tuberías éstas estallarán. En lugares con heladas frecuentes
y prolongadas los colectores se deben drenar para evitar su congelamiento. No
existe ningún problema si la temperatura baja por una o dos horas por debajo de
cero, pero una exposición prolongada destruirá el colector. Otro enemigo natural
izq. Centro Comunal Miyasaka, Miyasaka, Japón Arquitectos: Nozawa, Masamitsu Architects and Associates. Detalle de la instalación de la cubierta, obsérvese que una parte funciona como colector y la otra como reflector
der. Axonométrico del sistema de colecrores solares de la cubierta
Centro Comunal Miyasaka, Japón, Arquitectos: Nozawa, Masamirsu Architects and Associates. Vista del sistema de paneles solares desde la calle
7 Véase Anibal Figueroa, Evaluación de la Vivienda Bioclimdtica. La Luna a tres aftas de operación. ANES, 1995.
8 Héctor Riveras, et al. Colectores solares y consumo de gas en la Ciudad de México, en Memoria de la XXII Semana de la Energía Solar, Mexicali, ANES, 1998.
159 Colectores solares
de estas instalaciones son los huracanes y ciclones, ya
que vientos huracanados tienden a desprenderlos,
lanzarlos por los aires y destruirlos, así que lugares
con este tipo de riesgos deben tener en cuenta medidas
preventivas de colocación y protección.
El único mantenimiento que requiere un
colector solar es la limpieza del vidrio o superficie
translúcida de manera periódica (podemos decir que
al menos una vez al mes). No es necesario que esta
operación se realice todos los días; se han medido
sistemas con vidrios que no se han limpiado en meses
y presentan buen funcionamiento, bajando sólo
ligeramente su eficiencia.
Factibilidad económica Los colectores solares son sistemas conocidos y per
fectamente factibles desde el punto de vista econó
mico. El tiempo de recuperación de la inversión en la
actualidad está entre uno y dos años. Ya que el ahorro
de gas puede llegar a ser hasta del 80%7 del consumo
doméstico, la tendencia actual de incremento en el
precio de los combustibles provoca que este periodo
se reduzca.
Como ejemplo podemos indicar que el costo
aproximado de un sistema familiar instalado hoy en
día en un clima templado como Cuernavaca es de 4 800 pesos (480 dólares), el
costo de un calentador automático es de 1 800 pesos (180 dólares) y el costo actual
del gas es de 3.25 pesos (0.33 US) pesos por litro. Una familia pequeña consume
cerca de 40 litros de gas al mes en calentamiento de agua (baño y lavado de ropa).
Con todo ello el tiempo de recuperación de la inversión es de poco más de dos
años.
Si consideramos que la vida útil del sistema sin mantenimiento es de
cmco a diez años, un sistema solar ahorra mucho más de lo que cuesta, y es una
excelente inversión a mediano y largo plazo.
En algunos otros estudios reportados en la literatura, los tiempos de
recuperación varían en función del clima y del costo del equipo instalado. Para la
Ciudad de México el equipo de Riveros, Mendoza, Riveros y Lara, del Instituto de
Física de la UNAM, reporta tiempos de recuperación de la inversión desde 12 meses
hasta 6 años. 8
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 160
izq. Casa en Oshima Tokyo, Japón Arquitecto: Yoshio Kato. Vista de la casa con un sistema de páneles solares integrados a la cubierta
der. Le Lievre d'Or Dreux, Francia. Arquitectos: Grupo AURA, D. Perinic, K. Beluard. Vista del proyecto de remodelación urbana que integra colectores solares e invernaderos a la fachada sur
Es inexplicable que siendo México un país con abundancia de radiación solar y
condiciones climatológicas muy favorables, los sistemas solares no se hayan
popularizado como una opción más económica para el calentamiento de agua
doméstica. Si bien es cierto que no se pueden usar en cualquier parte y que presentan
ciertas limitaciones en cuanto a su operación, las ventajas económicas son claras.
En parte, la no proliferación de estos sistemas se debe a una falta de oferta
comercial suficiente, eficiente, seria y accesible económicamente. Los colecrores
solares deben dejar de ser "prototipos" experimentales para convertirse en
productos industriales confiables y económicos.
El conocimiento y la experiencia acumulados mundialmente sobre estos
sistemas es tan amplio, que permiten prever un amplio espectro de situaciones de
operación e instalación y demostrar que su uso es perfectamente factible.
Los colectores solares son una tecnología bien conocida, su fuente energética es
completamente limpia y sustentable, su costo los hace rentables a mediano plazo; en fin,
presentan múltiples ventajas para su empleo.
Es importante difundir esta tecnología a través de ejemplos prácticos,
documentados y evaluados correctamente para generalizar su uso en nuestro país.
Normatividad energética en la arquitectura
En esta secc10n se muestran algunos antecedentes de los diferentes factores que han influido en el consumo de energía en las edificaciones a través del tiempo, y de la normatividad que a nivel nacional e internacional tiene como objeto la
racionalización de este consumo. Se parte del antecedente de la normatividad en las edificaciones, cuyo origen se
remonta a la época de los griegos y los romanos, quienes establecieron las primeras leyes para considerar la energía solar en el diseño de los edificios.
Posteriormente se analiza el planteamiento del uso eficiente de los energéticos,
que a partir de los años setenta permitió que algunos países desarrollados adoptaran normas de eficiencia energética, para hacer un uso racional paralelo al desarrollo
de fuentes alternas de energía renovable. Finalmente se expone la problemática actual en la que se presenta un exagerado
consumo de energéticos en las edificaciones, que además de ir minando de manera
paulatina los recursos naturales, incide dramáticamente en el deterioro del ambiente. Esto ha llevado a muchos países a emitir normas cada vez más rigurosas
acerca del consumo de los energéticos. En México es hasta los años noventa cuando se empiezan a desarrollar políticas
de eficiencia energética, teniendo como meta su uso racional. En este campo se incursiona
primeramente en el manejo de la energía en equipos donde existen ya algunos avances acerca de su racionalización. En la actualidad, se encuentran en anteproyecto dos normas que competen al diseño de los edificios y que, de aprobarse, fomentarán el
uso eficiente de la energía, a través del diseño térmico de la envolvente de los edificios de tipo residencial y comercial, sectores que impactan considerablemente en el consumo de energéticos en nuestro país.
De esta manera, se expone una panorámica que abarca la puntualización de los factores que, de modo más evidente, se destacan en la búsqueda del manejo racional de la energía en el medio construido, usando como herramienta sustantiva la regulación y la
normatividad.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 164
Antecedentes del consumo de energéticos Desde la prehistoria, el hombre se ha visto en la necesidad de descubrir y aprender a
utilizar diversas fuentes de energía para realizar sus actividades. En su constante
necesidad de recursos energéticos, el hombre ha tenido que evolucionar en la
búsqueda de diversas formas. Sin embargo, esta evolución ha pasado por etapas en
las que, por no tomar conciencia del mal uso que se ha hecho de los energéticos, se
está teniendo que pagar el alto costo que significa la destrucción de los recursos
naturales, un costo cuya dimensión aún hoy en día no se alcanza a determinar.
Y la faente de existencia de las cosas es la misma en la que ocurre su destrucción.
Anaximandro, 547 a. C.
Al princ1p10 la gente dependió exclusivamente del sol y de las fuerzas originadas
por la combustión de la madera para obtener su energía. A partir del siglo XII, una
vez descubiertos los primeros depósitos de carbón mineral, las necesidades
energéticas fueron pasando paulatinamente hacia el consumo de los combustibles
fósiles generados a partir de la transformación de los restos de animales y vegetales,
bajo condiciones específicas, en un proceso cuya duración se ha calculado en
cerca de 500 millones de años.
Antecedentes de normatividad en los energéticos En la antigüedad se registraron algunos casos en los que la constante demanda de
energéticos propició la regulación de su consumo. Se destaca el caso de los griegos,
a quienes la excesiva demanda de madera los condujo a regular su uso.
En el siglo IV a.C., a los atenienses se les prohibió el uso de la leña de
olivo para producir carbón. En la isla de Kos las autoridades establecieron
impuestos para la venta de madera que fuese empleada para calefacción, y en
Delos se propusieron importantes restricciones para la venta de carbón. Estas
regulaciones se realizaron porque la madera, principal fuente de energía, se iba
encareciendo por la paulatina escasez de especies vegetales mayores, en un proceso
de deforestación que se agravaba de manera significativa. 1
En la antigua Roma existía también una fuerte demanda de la madera
como combustible para la industria así como para la construcción de casas y
barcos. Otra fuente de consumo importante de madera se derivaba de la calefacción
de termas y casas privadas. Los romanos llegaron al punto de tener que importar
leña y carbón natural, con unos costos altísimos, para poder satisfacer sus
requerimientos energéticos. Posiblemente por ese motivo retomaron y mejoraron
ciertas técnicas de aprovechamiento de la energía solar que ya conocían los griegos,
mediante el desarrollo de la tecnología del vidrio y de la mica para favorecer su
efectividad. Los romanos proponen leyes sobre el derecho solar y emiten
recomendaciones sobre cómo orientar las edificaciones. 2
1 Manuel Rodríguez Viqueira y Víctor Fuentes Freixanet, "La ciudad solar planificada en el mundo griego Olinto, Priene, Delos y Solunto", en Memorias de la ANES, J 996, p. J 92.
2 Manuel Rodríguez Viqueira, Apuntes de Curso Temas Selectos J, Desarrollo Histórico de la Relación Arquitectura, Clima y Tecnología. Especialización, maestría, doctorado área de arquitectura bioclimática, México, UAM, 1994, p. 36-38.
3 Enciclopedia Tecnología del Petróleo de Cinsidine Publicaciones Marcombo, S.A., tomo !l.
165 Normatividad energética en la arquitectura
Varios siglos después se empezó a utilizar el carbón como combustible,
en un principio para calefacción doméstica, y posteriormente, con la invención de
la máquina de vapor en la primera mitad del siglo XVIII como la materia prima
básica para los incipientes procesos industriales. No es sino hasta mediados del
siglo XIX cuando se emplea por primera vez el petróleo para la conversión de calor
en energía mecánica y eléctrica.
Desde la invención de la máquina de vapor se incrementó el uso de com
bustible, volviéndose cada vez más indispensable. En la medida en que la
Revolución Industrial fue impactando en la forma de vida de sectores más amplios
de las sociedades, fue siendo más notoria la aspiración individual hacia el
mejoramiento de la calidad de vida, fenómeno que a su vez condujo a acrecentar el
empleo de la energía.
En este proceso se generó una arquitectura de consumo que estaba más
determinada por la demanda de edificios como medio de expresión de status so
cial, que por dar respuesta a la demanda de espacios habitables, en los que existiera
una vinculación entre el clima y las condiciones geográficas del lugar de ubicación.
Esto trajo un consumo excesivo de energéticos para producir condiciones de confort
en espacios cuyas limitaciones en diseño y materiales constructivos así lo requerían.
Factores que influyen en la demanda de petróleo El uso del petróleo data de hace más de cinco mil años, cuando los asirios y los
babilonios explotaban los yacimientos que se encontraban a flor de tierra en varios
lugares de Mesopotamia. En aquel tiempo el petróleo no era usado como combus
tible, sino que se aplicaba en la construcción, como fumigante, en la medicina y en
ciertos rituales.
Fueron los árabes y los persas quienes desarrollaron la técnica de destilación del
petróleo crudo con el propósito de obtener un aceite cuya combustión servía para la
iluminación de espacios. Sin embargo, el uso masivo de este recurso es reciente.
Hasta finales del siglo XVIII la iluminación de las más importantes ciudades del
mundo no se diferenciaba mucho de las antiguas ciudades griegas y romanas.
El proceso de industrialización, el incremento de la población urbana y
su inminente demanda de productos, trajeron consigo la necesidad de combustibles
baratos para emplearlos en la iluminación pero, sobre todo de lubricantes y
energéticos para permitir el movimiento de las fábricas.
A partir de la Segunda Guerra Mundial la demanda de productos de petró
leo se incrementó. Por ejemplo, en 1946 la demanda de petróleo para los
EstadosUnidos era de menos de 3 millones de barriles de petróleo diarios, pero
para 1970 esta cantidad había aumentado a 14. 7 millones de barriles.
Para el caso de los Estados Unidos existe una serie de datos sintomáticos
que nos permiten inferir algunos factores que influyeron en el incremento en la
demanda de petróleo para producción de energía. 3
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 166
La población en 1946 era de 142 millones de personas, y para 1970 aumentó
a 205 millones, lo que manifiesta un crecimiento del 44.0%. En 1945 el Producto
Nacional Bruto era de 313 000 millones de dólares y para 1970 de 722 000 millones
de dólares, lo que representa una tasa de crecimiento del 3.7%. El ingreso per capita
para el año 1950 era de 1500 dólares y en 1970 se incrementó a 3935.
Esto significa en términos reales que existen más automóviles, más
vacaciones, más bienes de consumo y, en general, procesos que contribuyen al
aumento de la demanda de productos de petróleo.
Hoy en día se acepta universalmente que los combustibles fósiles son finitos y
que sólo es cuestión de tiempo antes de que las reservas de petróleo queden material
mente agotadas. En fecha reciente se ha reconocido la imperiosa necesidad de
encontrar fuentes alternas de energía, además de optimizar las que ya existen, con
el fin de hacerlas accesibles económicamente.
Políticas internacionales sobre eficiencia energética A partir de los años setenta se manifesta de manera más evidente la preocupación
mundial por la investigación e implementación de tecnologías que fomenten el
uso eficiente de la energía. Esta tendencia se origina en países desarrollados, que
han llevado a cabo medidas y políticas detalladas sobre eficiencia energética.
Para este fin se han creado organizaciones como la IEA (Agencia
Internacional de Energía) que ha desarrollado diversas políticas y medidas de
fomento para el uso eficiente de la energía, y que además ha trabajado en la búsqueda
de fuentes de energía renovables.
Además, la mayoría de los países miembros de la IEA han adoptado medidas
para la reducción de emisiones de "gases invernadero".
En general se han presentado medidas según el sector, residencial-comer
cial, industrial, público y de transporte, para promover un uso eficiente de la
energía. Las principales consisten en normas, auditorías, información, motiva
ción, campañas, incentivos financieros y fiscales, etcétera.
Muchos de los programas para el uso eficiente de la energía apuntan hacia el
sector residencial-comercial. Una de las medidas más comunes para propiciar el
uso eficiente de la energía, es la adopción de códigos y normas, la mayoría de las
cuales se ha empezado a aplicar desde 1970.
En la actualidad varios gobiernos revisan sus reglamentos y normas para
fortalecerlos de acuerdo con las nuevas tecnologías de construcción. Países como
Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Japón, los Países Bajos, Nueva Zelanda, No
ruega, España y Turquía, entre otros, están en la etapa de revisión de sus reglamen
tos y normas para regular el diseño de los edificios con el fin de hacer un uso
eficiente de la energía.
Existe una creciente adopción y aplicación de normas de eficiencia energética para
los aparatos electrodomésticos, sin embargo, el grado de desarrollo no ha sido homogé-
167 Normatividad energética en la arquitectura
neo en todos los casos. Todos los países miembros de la Agencia Internacional de
Energía y que además pertenecen a la Unión Europea, ya se han incorporado el
proceso de trabajar en la legislación nacional, para promover la eficiencia energé
tica, a través del uso de dispositivos como los calentadores de agua, refrigerado
res, congeladores, máquinas de lavado y secado de ropa, entre otros.
Otro ejemplo a destacar es el de Australia, que posee normas de eficien
cia energética para un número limitado de aparatos y tiene planes de extenderlas
a un número mayor de productos.
Canadá y los Estados Unidos también promueven el desarrollo de nor
mas de eficiencia energética dirigidas a sus productos.
Suiza ha adoptado un sistema de conservación de energía voluntaria, designan
do valores para los aparatos electrodomésticos, equipos de oficina y electrónica. Sobre
estos valores el gobierno tiene autoridad para poner otras metas, en caso de que no se
hayan cumplido las existentes. También se ha trabajado en el ámbito de la infor
mación dirigida al consumidor que debe contener las etiquetas con respecto al
consumo de energía de diversos productos. De este modo, el usuario puede consi
derar los consumos de energía al momento de tomar una decisión de compra, para
poder optar por los más adecuados. En ese país se ha trabajado paralelamente con
los fabricantes con el objeto de desarrollar productos cada vez más eficientes.
Así como se aplican etiquetas de energía en los aparatos y equipos, se
contempla la aplicación de un sistema a los edificios, como sucede con el proceso
de certificación de energía que se utiliza en los edificios de Dinamarca y Canadá.
Noruega, por su parte, ha adoptado nuevos códigos para los edificios con
requisitos más severos con respecto al tema de los aislamientos.
Francia fortalece sus normas térmicas para los nuevos edificios residenciales
y comerciales con el objetivo de mejorar la eficiencia del uso de la energía en un 25%.
Aunque es importante conocer las normas para la eficiencia energética de
las envolventes de los edificios y casas habitación en la Comunidad Económica
Europea, para la optimización de las normas mexicanas es oportuno tener como
un referente directo la Norma de eficiencia energética en edificaciones residen
ciales para el estado de California, debido a la similitud de rasgos geográficos que
presenta con diversas regiones de nuestro territorio.
Norma de eficiencia energética para el estado de California
The Building Regulations (Las regulaciones del Edificio) Poder de Conserva
ción de Combustible
Principios técnicos
l. El Procedimiento de Valoración de la Norma (rvN) proporciona una me
dida del comportamiento de la energía de una residencia y su sistema de
calefacción.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 168
2. La norma está basada en el costo de la energía requerida para el espacio y
el calentamiento de agua (en un año típico y bajo las condiciones de ocupa
ción típicas)
•Normas de aislamiento térmico para el techo, piso, paredes, venta-
nas y puertas
•Forma construida
•Ventilación y características de la infiltración
•La actuación de agua y espacio en los sistemas de calentamiento
•Ganancias solares
•Mandos caloríficos
•Costo de la energía incluyendo cargos en pie
La valoración está basada en un modelo supuesto de calefacción para el
agua caliente y las ganancias interiores, como por ejemplo el uso de luces.
3. Se expresan valoraciones de PVN como un número en una balanza de 1 a 100
en la que el 1 indica un comportamiento pobre y el 100 un comportamiento
bueno.
4. La norma se ha desarrollado a partir de los datos de entrada, el costo de la
energía, área de la ventana, etcétera, para ser incluidos en la forma de
valoración.
La norma está disponible en sistemas electrónicos. Los sistemas y procedimientos
para la valoración deben cumplir la norma BS 5750, que es una norma de calidad
establecida por el gobierno. 4
Norma europea (European standard)
Thermal performance of building -Calculation of energy use for heatig
Residential Buildings (Norma de Comportamiento Térmico del Edificio. Cálculo
de uso de energía para el calentamiento de los edificios residenciales)
Se apoya en programas de computadora que simulan el flujo de calor,
ventilación y en el funcionamiento del sistema calorífico en edificios. El empleo
de estos programas tiene sus reservas ya que a menudo pueden resultar inconve
nientes porque requieren de información de entrada muy detallada.
Esta norma mantiene un método del cálculo simplificado para la estimación de
energía requerida para los espacios y el calentamiento de agua, dando resultados suficien
temente fiables en lo referente a:
4 The Builgíng Regulations 1991, Conservation of foel and power. Approved document, Department of the Environment and Weslh Office. Draftdate:26january 1993.
5 "Thermal Performance of Buildings-calculation of energy use far heating- Residential Buildings ''. Technical Committee BDB71 O European Standards far Thermal I nsulation, Draft far public comment. p. 3.
6 Odón De Buen Rodríguez, Andlisis del Consumo de Energía Eléctrica a Nivel Doméstico en México y Procedimiento de Estimación de Ahorros de Energía Eléctrica en Casas Habitación Ubicadas en Regiones de Clima Cdlido Seco. Programa nacional del uso racional de la energía, CFE, p. 2-1 O.
169 Normatividad energética en la arquitectura
•las especificaciones para el calentamiento y la pérdida de calor de edifi
cios a temperatura uniforme
•el calor anual requerido por un edificio para mantener especificada la
temperatura interior
•la energía anual requerida por el sistema de calefacción del edificio para
el calentamiento de espacios y de agua
•el método está basado en un periodo de cálculo mensual y proporciona
resultados anuales, pero los resultados durante cada mes pueden gene
rar un periodo de cálculo estacional para identificar la duración de la
estación calorífica. Este método de cálculo es principalmente aplicable
a los edificios residenciales con las ganancias interiores relativamente
pequeñas y sin el aire acondicionado.
Esta norma puede ser usada para las siguientes aplicaciones:
•Juzgar regulaciones expresadas en términos de blancos de energía
•Optimizar la energía cuando se planea construir, aplicando el método a
posibles opciones
•Evaluar el efecto por cálculo del requisito de energía con y sin la medida
de conservación de energía
•Predecir recursos de energía futuros, calculando los requisitos de ener
gía de los edificios5
El consumo de energía en México Odón de Buen Rodríguez, en el documento "Casas habitación ubicadas en regiones de
clima cálido seco", desarrolla una justificación del consumo de energéticos para
el sector residencial, sobre la base del balance de energía de 1984, y realiza las
observaciones que a continuación se enumeran, en las que resalta como energético
principal la leña, el segundo lugar lo ocupa el gas licuado y la electricidad el tercer
lugar:
•El consumo eléctrico no es un asunto únicamente del clima, sino también
depende del desarrollo económico de la localidad.
•Los equipos eléctricos de calefacción tienen poca influencia sobre el
consumo eléctrico en México.
•Los equipos de aire acondicionado para enfriamiento son los que más se
usan para obtener condiciones de confort y tienen el mayor consumo
doméstico en nuestro país. 6
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 170
Si se comparan estos datos de consumo energético de 1984 con referencias más
recientes, tenemos los siguientes resultados.
De acuerdo con el Balance Nacional de Energía de 1997 en México el
consumo final de energéticos fue de 3 713.423 PJ. En este dato el sector industrial
tuvo un consumo de 1288.063 PJ, el sector transporte consumió un total de 1478.140
PJ, el sector residencial, comercial y público consumió 840.302 PJ y el sector
agropecuario tuvo un consumo de 106.918 PJ.
Podemos observar que el sector transporte obtiene el primer lugar en
consumo, seguido del sector industrial y en tercer lugar el sector residencial, co
mercial y público. Si consideramos que para los dos primeros sectores el consumo
de energía es indispensable para desarrollar la actividad de transporte y de
generación de productos, en el tercer sector se observa un alto consumo de energía.
El sector residencial, comercial y público obtuvo un consumo total de
840.302 PJ, del cual el subsector residencial representó el 83.0% con un consumo
total de 697.408 PJ; siendo el que más energía consumió. Los energéticos de
mayor consumo fueron el gas licuado, que aportó el 44.1% igual a 307.4 PJ; la leña
con el 35.3% igual a 246.1 PJ; la electricidad con el 15.3% igual a 106.7 PJ; el gas
natural cubrió 5.0% que equivale a 35.2 PJ; restan las kerosinas con el 0.3%
correspondiente a 2.1 PJ. 7
En el caso de nuestro país, la Comisión Federal de Electricidad ha sido la encargada
desde 1937 de la generación, transmisión, distribución y comercialización de la energía a
los diferentes sectores. Esta comisión ha designado tarifas para el cobro del
suministro de la energía en Kwh para el sector doméstico, presentando como
variable la temperatura media mínima en verano.
Existe una clara relación de la demanda de energía y clima, deduciendo del cobro
de la energía, que en las épocas más cálidas del año el consumo de energía es
mayor y esto podría deberse a los equipos de aire acondicionado que se requieren
en las zonas cálidas para lograr condiciones de confort.
Para el cobro del uso de la energía la CFE ha dispuesto una serie de
tarifas según el sector de que se trate. Para el sector doméstico se han dispuesto
las siguientes tarifas, en donde destaca, como factor, la temperatura de cada
región.
TARIFA 1 (servicio doméstico) Esta tarifa se aplica a todos los serv1c10s que
destinen la energía para uso sólo doméstico, cualquiera que sea la carga conectada
a cada residencia o vivienda. Estos servicios sólo se suministran en baja tensión y
no debe aplicárseles ninguna otra tarifa.
TARIFA 1-A (servicio doméstico para localidades con temperatura media míni
ma en verano de 25°C ) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la
energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residen-
7 Balance Nacional de Energía de 1997. Secretaría de Energía, Dirección general de política de desarrollo de energéticos, primera edición, 1998.
171 Normatividad energética en la arquitectura
c1a o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de
25°C como mínimo. El periodo de aplicación será el que comprenda los seis
meses consecutivos más cálidos del año.
TARIFA 1-B (servicio doméstico para localidades con temperatura media mí
nima en verano de 28°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen
la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada
residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano
sea de 28°C como mínimo. El periodo de aplicación será por cuotas: una en el
periodo que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra
cuota en los periodos restantes del año.
TARIFA 1-C (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima
en verano de 30°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la
energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residencia
o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de
30°C como mínimo. El periodo de aplicación será por las cuotas, una en el periodo
que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra en los
periodos restantes del año.
TARIFA 1-D (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima
en verano de 31°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la
energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residen
cia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de
31°C como mínimo. El periodo de aplicación será por cuotas. Una, en el periodo
que comprende los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra, en los
periodos restantes del año.
TARIFA 1-E (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima
en verano de 32°C) Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la
energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada individualmente
a cada residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en
verano sea de 32°C como mínimo. El periodo de aplicación de esta tarifa será por
cuotas. Una en el periodo que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos
del año, y otra en los periodos restantes del año.
El consumidor residencial representa actualmente 83% del consumo del sector
residencial -comercial- público, y 22.60% del consumo total de energía. Dentro
del cobro por tarifas existe una constante tendencia hacia el consumo promedio
anual por usuario de energía en los estados del norte del país: Nuevo León,
Chihuahua, Tamaulipas, Sonora, Sinaloa, Baja California Norte y Baja Cali-
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 172
fornia Sur. Así, entra en esta tendencia el estado de Veracruz. En lo que se
refiere al consumo de energía anual por usuario destaca el estado de Baja Cali
fornia Norte, esto se debe a los equipos de aire acondicionado que tienen
instalados. Estos estados en la época de verano ven incrementada su tarifa
considerablemente, ya que requieren mayor uso de energía.
Una parte fundamental para hacer un uso eficiente de la energía consiste
en detectar los elementos de mayor consumo de energía y aportar medidas para
reducir el consumo de la energía y plantear un uso adecuado del recurso. Diversas
instituciones han aportado medidas para hacer un uso eficiente de la energía, para
lo cual se ha planteado la emisión de normas de eficiencia energética.
La revista solar Up menciona en un artículo el problema de la energía en
el caso específico de México; expresa que pese a las experiencias a través de la
aplicación solar en varios proyectos, a México le falta todavía un programa
nacional de energía solar. Nuestro país tiene una estructura de energía basada en
el uso de hidrocarburos cercana a un 80% del total. Además, la tecnología y el
potencial económico de las fuentes de energía renovables todavía son desconocidos.
En 1996 la Secretaría de Energía estimó las energías renovables, incluyen
do la hidroeléctrica y la energía geotérmica en una contribución de 6% al equilibrio
de energía nacional. Sin embargo, si las nuevas aplicaciones consideraran no sólo
el uso en las zonas rurales y se incorporara también el uso en edificios urbanos,
servicios y industrias, entonces el porcentaje sería más alto.
México tiene un alto índice de radiación solar: entre 18 a 21 MJ/m2 día
y, en promedio, más de 250 días por año de aislamiento bueno, por lo que es
factible el uso de esta energía para el calentamiento y enfriamiento de los edificios
y para el calentamiento de agua, entre otros usos.
Las normas de eficiencia energética en México A partir del 1 de marzo de 1993, la Secretaría de Energía a través de la Comisión
Nacional para el Ahorro de Energía, constituyó el comité Consultivo Nacional de
Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Energéticos, que se encarga
de elaborar, aplicar y vigilar el cumplimiento de las normas de eficiencia energética.
A la fecha se han publicado 18 normas oficiales mexicanas de eficiencia
energética en el Diario Oficial de la Federación, de las cuales cuatro están relacionadas
con la energía térmica y las demás con la energía eléctrica.
Actualmente se encuentran en anteproyecto nueve normas sobre eficien
cia energética. En México se empiezan a desarrollar políticas de eficiencia energé
tica, para fomentar su uso. Se incursiona en el aprovechamiento eficiente de la
energía en equipos de enfriamiento, calentamiento, iluminación, además del uso
eficiente de la energía en motores y bombas, incorporando algunos equipos elec
trodomésticos como lavadoras y refrigeradores, y tratando de incluir en esta
normatividad, los equipos de mayor consumo energético.
173 Norma tividad energética en la arquitectura
Normas Concepto
emitidas Elementos regulados No.de Norma
Enfriamiento 3 Acondicionadores de aire tipo cuarto NOM-073- SCFI-1994 Acondicionadores de aire tipo central NOM-Ol 1-ENER-1996 Refrigeradores y congeladores electrodomésticos NO M-015-ENER-1997
Bombeo 4 Bombas verticales tipo turbina NOM-001-ENER-1995 Bombas de uso doméstico para bombeo de agua NOM-004-ENER-1995 Bombas sumergibles NOM-010-ENER-1996 Sistemas de bombeo para pozos profundos NOM-006-ENER-1995
Iluminación 3 Alumbrado en edificios no residenciales NOM-007-ENER-1995 Alumbrado para vialidades y exteriores de edificios NOM-013-ENER-1996 Lámparas fluorescentes compactas NOM-017-ENER-1997
Motores 3 Motores de corriente alterna monofásicos NOM-014-ENER-1996 Motones de corriente alterna trifásicos NOM-016-ENER-1997 Lavadoras de ropa electrodomésticas NOM-005-ENER-1996
Calentamiento 3 Calderas de baja capacidad NOM-012-ENER-1996 Calderas paquete NOM-002-ENER-1995 Calentadores de agua para uso doméstico y comercial NOM-003-ENER-1995
Aislantes 2 Aislantes témicos para edificaciones NOM-018-ENER-1997 Aislamientos térmicos industriales NOM-009-ENER-1995
Normas de eficiencia energética con el consumo de energía
Normas Concepto
emitidas Elementos regulados No.de Norma
Enfriamiento 3 Acondicionadores de aire tipo central (actualizar) NOM-Ol 1-ENER-1996
Acondicionadores de aire tipo cuarto (actualizar) NOM-021-ENER
Equipos de refrigeración industrial y comercial NOM-022-ENER
Bombeo 1 Bombas verticales tipo turbina NOM-001-ENER-1995
Motores 1 Lavadoras de ropa electrodomésticas (actualizar) NOM-005-ENER-l 996
Calentamientc 1 Calentadores de agua para uso doméstico (revisión) NOM-003-ENER-1995
Máquinas 1 Máquinas tortilladoras NOM-019-ENER-1999
Diseño 2 Diseño térmico de edificios no residenciales NOM-008-ENER
de edificios Diseño térmico de edificaciones para uso habitacional NOM-020-ENER
Normas de eficiencia energética en anteproyecto
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 174
Normas relacionadas con el diseño térmico de los edificios Las normas propuestas tienen el objetivo de limitar la ganancia de calor de las
edificaciones residenciales y no residenciales, por medio de su envolvente, con el
fin de proponer un uso eficiente de la energía para los sistemas de aire
acondicionado. Entre ellas, la NOM-008-ENER de "Eficiencia energética en
edificios no residenciales" pretende regular el diseño térmico de la envolvente
de los edificios a efecto de que tengan la capacidad para lograr la comodidad de sus
ocupantes con un mínimo consumo de energía. Y la NOM-020-ENER de "Eficiencia
energética en edificaciones para uso habitacional" es un complemento para la citada
anteriormente, y pretende regular el diseño térmico y la construcción de la envolvente
de edificaciones del tipo residencial hasta de tres niveles.
NOM-008-ENER-1995
Actualizada hasta 1997
Esta norma propone que se diseñe la envolvente de los edificios no residenciales
con el fin de hacer un uso racional de la energía en los sistemas de enfriamiento, y
aplica a edificios existentes, edificios nuevos y ampliaciones.
Permite reportar el cálculo del presupuesto energético, el cálculo de
transferencia de calor global y los valores de conductividad y aislamiento térmico
para los materiales de construcción más comunes. 8
8 CoNAE. Anteproyecto de la NOM-008-ENER-l 995. (Anteproyecto de la norma oficial mexicana), Eficiencia energética en edificaciones, norma para la envolvente de edificios no residenciales, documento de la Comisión Nacional de Ahorro de Energía 1997.
Clasifica componentes de un edificio, tales como
techo, pared, superficie inferior y piso. Es importante
determinar si la parte del edificio es opaca o no opaca.
Entendiéndose como opaco lo que no permite pasar la
luz visible y no opaca a una superficie transparente. De
acuerdo con esta norma es importante la proporción
de vano-macizo debido a que los vanos son los
elementos más vulnerables del diseño térmico del
edificio, ya que a través de éstos se dan las mayores
ganancias o pérdidas de calor en los interiores. Para
minimizar las ganancias de calor una estrategia es el
uso de dispositivos de sombreado en ventanas. Y para
el diseño de los elementos macizos, se recomienda
incorporar materiales aislantes por su composición y
tecnología para que fomenten un uso eficiente de los
equipos de climatización y así lograr el confort de los
usuanos. Edificio representativo de la NOM-008 material para promoción de la CoNAE
9 CONAE. Anteproyecto de la NOM-020-ENER-J 997 (Anteproyecro de la norma oficial mexicana), Eficiencia energética en edificaciones, norma para la envolvente de edificios no residenciales, documento de la Comisión Nacional de Ahorro de Energía (1997).
175
NOM-020-ENER-1997
Actualizada hasta 1999
N ormatividad energética en la arquitectura
Esta norma es una extensión de la mencionada con anterioridad, y se aplica de
forma similar en el cálculo para edificios no residenciales. La normalización para
la eficiencia energética de los edificios de hasta tres niveles representa un esfuerzo
encaminado a mejorar el diseño térmico de la envolvente de los edificios, y
representa la posibilidad de lograr la comodidad de los ocupantes con un mínimo
consumo de energía.
En México, el acondicionamiento de estas edificaciones repercute en gran
medida en la demanda del sistema eléctrico, siendo mayor su impacto en las zonas
cálidas del país.
En este sentido, esta norma optimiza el diseño desde el punto de vista del
comportamiento térmico de la envolvente, obteniéndose como beneficios, entre
otros, el ahorro de energía por la disminución de la capacidad de los equipos de
enfriamiento y con ello el mejoramiento de las condiciones de confort del usuario.
Esta norma limita la ganancia de calor de las edificaciones a través de su
envolvente, con el objeto de racionalizar el uso de la energía en los sistemas de
enfriamiento.
Aplica a todas las edificaciones nuevas de tipo habitacional hasta de
tres niveles y las ampliaciones que se realicen a edificaciones habitacionales ya
existentes. Pretende un beneficio directo en la reducción de la facturación del
consumo de energía eléctrica para el usuario.
La norma contiene un método de cálculo para
la ganancia de calor a través de la envolvente del edi
ficio proyectado y del de referencia, la determinación
del coeficiente global de transferencia de calor (K) de
las porciones de la envolvente, barreras de vapor y la
orientación. Además, exige un informe de los resulta
dos.
La envolvente del edificio proyectado debe
especificarse de tal manera que la ganancia de calor
por medio de la envolvente del edificio proyectado,
debe ser menor o igual a la ganancia de calor de la
envolvente del edificio de referencia. 9
Gcp .:5. Gcr
Edificio representativo de la NOM-020 material para promoción de la CoNAE
Gcp = Ganancia de calor del edificio proyectado Gcr = Ganancia de calor del edificio de referencia
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 176
Conceptos según la norma
Se denomina edificio proyectado a aquel que se quiere construir y edificio de
referencia al que, conservando la misma orientación, condiciones de colindancia
y dimensiones del edificio proyectado, se utiliza para determinar el presupuesto
energético máximo.
El cálculo de la ganancia de calor a través de la envolvente del edificio
proyectado se realiza estimando las ganancias de calor por conducción y
adicionando el cálculo de la ganancia de calor por radiación.
Posteriormente se procede a la determinación del coeficiente global de
transferencia de calor (K) de las porciones de la envolvente proyectada, el cálculo
se hace mediante un método establecido previamente en uno de los apéndices de
la norma. Asimismo, la norma contiene una tabla en donde se especifica qué
ciudades requieren de barreras de vapor, indica las localidades donde es necesario
de su uso para evitar condensación al interior de los muros, lo cual los puede
destruir.
En lo referente a la orientación se establecen ciertas convenciones en la
norma ya que la ganancia de calor a través de las paredes varía a partir de la
orientación. 10
Orientación Norte: cuando el plano normal está orientado desde 45º
al oeste y 45 ° al este del norte solar.
Orientación Este: cuando el plano normal está orientado desde 45º
al norte y 45º al este del solar.
Orientación Sur: cuando en plano normal está orientado desde 45º al
este y 45º al oeste del sur solar.
Orientación Oeste: Cuando el plano normal está orientado desde
45º al sur y 45º al norte del oeste solar.
La norma involucra un factor de corrección de sombreado exterior, considerando
que si se propone un volado en la ventana y se extiende lateralmente más allá de
los límites de la ventana, a una distancia mayor o igual a la de la del volado, se
puede afectar el valor del coeficiente de sombreado del vidrio, multiplicándolo
por el factor de corrección de sombreado exterior.
Cuando en el proyecto se propone una ventana remetida o bien con
parasoles, se puede afectar el valor del coeficiente de sombreado del vidrio, mul
tiplicando el factor de corrección por el sombreado exterior, que viene considera
do en tablas para cada uno de estos elementos.
Normas relacionadas con la iluminación En el marco de las normas de eficiencia energética existen tres normas publicadas que se
relacionan con la iluminación de los edificios. La primera es sobre eficiencia energética
1 O Christopher Heard y Gaudencio Ramos. Informe parcial: Revisión y adecuación de la Norma. Elaboración de los proyectos de norma de eficiencia energética en edificios no residenciales y en edificaciones para uso habi racional hasta tres pisos. Instituto de Investigaciones Eléctricas 1998, pp. 2-25.
177 Normatividad energética en la arquitectura
para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales, la segunda se refiere a
sistemas de alumbrado para vialidades y exteriores de edificios y la última trata
de la eficiencia energética de lámparas fluorescentes compactas.
NOM-007-ENER-1995 Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales
Esta norma pretende establecer niveles de eficiencia energética en términos de
densidad de potencia eléctrica a la cual deben estar sujetos los sistemas de alum
brado para uso general en los edificios no residenciales. Incluye edificios nuevos
y ampliaciones de los ya existentes. Su objetivo principal es que los edificios sean
diseñados haciendo un uso eficiente de la energía eléctrica, basándose en la
utilización de equipos y tecnologías que la aprovechen adecuadamente.
NOM-013-ENER-1996 Eficiencia energética en sistemas de alumbrado para vialidades y exteriores de
edificios
Esta norma pretende establecer niveles de eficiencia energética en términos de
valores de densidad de potencia eléctrica del alumbrado, con lo que deben de
cumplir las nuevas instalaciones de alumbrado público o alumbrado exterior.
Tiene el propósito de que los sistemas de alumbrado de vialidades se diseñen con
el fin de hacer un uso eficiente de la energía eléctrica, por medio de la aportación
de diseños y el empleo de equipos y tecnología, sin omitir los requerimientos
visuales de los usuarios.
NOM-017-ENER-1997 Eficiencia energética de lámparas fluorescentes compactas
Esta norma pretende fijar los valores mínimos de eficiencia de las lámparas
fluorescentes compactas que tengan potencia hasta 28 W, así como normar los
balastros con los que operan las lámparas fluorescentes compactas.
Este capítulo ha tenido la finalidad de conocer los antecedentes del consumo de la
energía y presentar el panorama actual en el uso de la energía, aceptando la idea
generalizada de que las reservas de petróleo en poco tiempo quedarán agotadas.
Ahora se reconoce que es necesario encontrar fuentes alternas, que sean
económicamente factibles, pero en tanto se desarrollan tecnologías que sean eficientes y
accesibles, es importante hacer un uso adecuado de la energía. Esto desde luego que no
significa carecer del empleo de energéticos, sino que se pretende crear una cultura para el
uso racional de los recursos naturales. Además, es importante hacer un uso eficiente
de la energía para atenuar el daño que se causa al ambiente como resultado de la
combustión de estos energéticos.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 178
El uso eficiente de la energía no es un asunto individual, sino que involu
cra a todos los países, centrando el problema en cada uno de los consumidores de
energía y en el caso específico de la arquitectura a los diseñadores y usuarios, a
quienes les corresponde contribuir en el uso eficiente de la energía.
Para México es importante generar el uso de energías renovables, como
es el caso de la solar, ya que por su situación geográfica y los tipos de climas
imperantes en sus distintas regiones, presenta condiciones muy apropiadas para la
implementación.
El gran reto se presenta en el sector residencial y comercial, en donde se
han generado los respectivos anteproyectos de norma para el diseño térmico de la
envolvente de los edificios. Los diseñadores jugarán un papel muy importante en
la medida que se involucren en el análisis del comportamiento térmico de los
edificios y su relación con el clima, el manejo adecuado de los materiales y los
dispositivos de control solar, logrando con esto no sólo ahorrar energía, sino
además, proporcionar condiciones de confort térmico a los usuarios de estos
espacios.
Confort acústico en la arquitectura
La arquitectura bioclimática como una arquitectura sensible a su entorno, tiene como
objetivo fundamental obtener mediante el diseño, ambientes en confort natural
para el desarrollo adecuado de las actividades humanas.
Este trabajo aborda el confort acústico como problema de diseño arquitectónico
bioclimático para cualquier tipo de edificio, sobre todo edificios que no tienen re
querimientos acústicos críticos, es decir los edificios que aparentemente no
requieren de la intervención de un análisis y un diseño acústicos.
La acústica ha sido el factor al que menos importancia se le ha dado en el diseño
y construcción de espacios, en la historia de la arquitectura. Prueba de ello son los
espacios con exceso de ecos, que no permiten entender la palabra o la transparencia
acústica de las subdivisiones en los modernos edificios de departamentos y hoteles,
o en muchas ocasiones la ausencia de acústica en espacios para conciertos o teatro.
Es evidente la falta de un criterio acústico por parte de los arquitectos, debido a
que no hay una formación al respecto.
Tradicionalmente se ha relacionado el estudio de la acústica en arqui
tectura con el diseño de teatros, auditorios, estudios de grabación, etcétera, y
también se considera, sobre todo en nuestro país, que la mayoría de los otros tipos
de edificaciones no requieren de una intervención formal de esta disciplina.
Como ya se indicó, la arquitectura bioclimática considera que todo espacio
donde se desarrollen actividades humanas debe estar dentro de parámetros de
confort y esta consideración alcanza el aspecto acústico también. Es decir, que en
todo diseño de espacio arquitectónico debe considerarse el diseño para el confort
acústico.
El arquitecto debe estar consciente de que no sólo aquellos espacios que
tienen la difusión o el control del sonido como una de sus funciones principales
requieren de una atención desde el punto de vista de la acústica, sino que la
necesitan todos los espacios que el ser humano utiliza; todos requieren de un
diseño acústico adecuado, y esto es explicable por una razón simple: El ser humano
tiene oídos y los utiliza siempre.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 182
Es importante aclarar que el alcance de este trabajo no permite desarrollar
en un espacio tan reducido los conceptos teóricos de la acústica arquitectónica o
la acústica de recintos, es por ello recomendable que el lector consulte los
conceptos fundamentales en un texto apropiado como pueden ser el Kinsler1 o el Cremer. 2
El concepto de confort acústico El confort acústico es uno de esos temas todavía no muy bien definidos que se
aplica en diversos campos del conocimiento como es la psicología ambiental, la
ingeniería y el diseño industrial, por ejemplo en el diseño de vehículos de
transporte. Se dice que aún no está muy bien definido porque la bibliografía sobre
acústica arquitectónica, no define genéricamente el término confort acústico. Más
bien, éste se ha encontrado con mayor frecuencia en la literatura comercial,
relacionado con productos acústicos o con productos y aparatos silenciosos. 3
Términos como calidad acústica, preferencia acústica, preferencia
subjetiva individual y algunos otros conceptos como son los criterios de ruido de
fondo, el tiempo de reverberación óptimo o el tiempo de reverberación preferido,
son los que se encuentran con más frecuencia y se pueden asociar de alguna manera
a la noción de confort acústico.
Para estudiar el confort acústico en arquitectura es necesario remitirse a los
conceptos de la acústica arquitectónica, disciplina relativamente nueva (100 años) que,
como su nombre lo indica, es la base del diseño acústico en arquitectura. El confort
acústico se asocia con la calidad acústica de los recintos e involucra una serie de
factores y conceptos, incluyendo los aspectos subjetivos de la percepción.
La acústica arquitectónica tiene que ver ante todo con el hecho de
establecer las condiciones acústicas óptimas del espacio, de acuerdo con parámetros
analizados y en ocasiones establecidos, para el desarrollo de una actividad
determinada. Estas condiciones pueden ser de producción, transmisión, percepción,
reducción, control y/o aislamiento de sonidos, ruidos o vibraciones. Casi cualquier
actividad humana tiene que ver con algún aspecto de la acústica, consciente o
inconscientemente.
El problema general es su definición en la arquitectura, que no se ha
caracterizado específicamente. El problema consiste en determinar los parámetros
acústicos para un recinto con una actividad determinada. ¿Qué ámbito está en
confort y cuál no está?
El problema sugiere que una combinación de factores permite que un
recinto sea adecuado acústicamente o no para una actividad determinada, y que el
confort para ese recinto puede obtenerse mediante una diversidad de diseños. La
pregunta es ¿qué combinación de factores determinan las condiciones adecuadas
en un recinto para una actividad?
1 L.E. Kinsler, Fundamentos de Acústica, Limusa, 1995.
2 L.Gremer, H.A. Muller y T Schu!tz, Principies and applications of room acoustics; 2 vol., Applied Science Publishers, 1982.
3 Ver como ejemplo páginas de internet, www.texaa.com/; y www. candy. del events/ a_klassel acoustic.htm
4 R. B. Newman, Acoustics; en J.H. Callender, Time Saver Standars for Architectural Desing, Me Graw Hill-Book Company, 1974.
5 URL http://www.tuns.ca/ architecture! 3201_96intro.html
6 D.]. Croome, Noise, Buildings and People; Oxford, Pergamon Press, 1977.
7 Víctor Fuentes F., y Manuel Rodríguez Viqueira, Hacia una Metodología de Diseño Bioclimático; Laboratorio de Diseño Bioclimático, México UAM-A, 1997.
8 D.J. Croome, op. cit.
9 Víctor Fuentes F., y Manuel Rodríguez Viqueira, op. cit.
183 Confort acústico en la arquitectura
El problema plantea la definición, evaluación y correlación de los factores
acústicos, físicos y espaciales que pueden incidir, desde el punto de vista de la
arquitectura.
¿Qué es el confort acústico? Primero es importante entender que la percepción auditiva es una forma de
percepción sensorial del espacio tan imprescindible como la vista, e involucrada
en la obtención de la comodidad y bienestar integral de las personas.
Un ambiente acústico satisfactorio se define como aquel en el cual el
carácter y magnitud de todos los sonidos son compatibles con el uso satisfactorio
del espacio con el propósito para el que es utilizado. 4
Se requiere de una mayor precisión en la definición del concepto que
permita llegar a escenarios cuantificables y susceptibles de ser diseñados arqui
tectónicamente.
El término confort acústico tiene relación con el confort ambiental como
un todo, donde se incluyen el higrotérmico, el visual, el espacial y el impacto
ambiental. 5 Por ello, para definirlo es necesario analizar el concepto de confort
humano en general.
El término confort, voz inglesa (comfort), de uso poco común en nuestro
vocabulario, pero que se utiliza con frecuencia en el campo de las disciplinas ambientales,
se refiere en términos generales a un estado "ideal" del ser humano, un estado que
supone bienestar, salud y comodidad. 6
Un ambiente así requiere analizar tanto los aspectos físicos u objetivos
del medio, como son el sonido, la luz, el color, la temperatura, la humedad y el
movimiento y la pureza del aire, como los aspectos fisiológicos, sociales,
económicos y psicológicos del ser humano y su entorno. Visto desde este ángulo,
es el estado de bienestar físico, psicológico y social del ser humano. 7
Un ambiente confortable es aquél donde no existe distracción o molestia,
de tal manera que las tareas o las actividades placenteras pueden realizarse sin
perturbaciones físicas y mentales. 8
Definido de esta manera, podemos desagregar el concepto de confort ambiental
en distintos tipos de confort sensorial del ser humano, con la idea de que esto sólo puede
ser teóricamente, porque sabemos que unos afectan a los otros y viceversa. La clasificación
sería la siguiente: 9
•Confort térmico
•Confort acústico
•Confort lumínico
•Confort olfativo
•Confort visual
•Confort psicológico
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Así, habiendo aislado el concepto, podemos definir confort acústico como:
estado de satisfacción o de bienestar fisico y mental del ser humanoen en su percepción
auditiva, en un momento dado y en un ambienteespecífico. 10
184
Ambientes acústicos Sabemos que el ser humano funciona diariamente por medio de un sistema que
incluye los cinco sentidos, donde la vista es el de mayor uso, seguido en
importancia por el sentido del oído y finalmente los llamados sentidos menores:
el olfato, el gusto y el tacto.
El oído es un sentido de percepción fundamental, a tal grado, que sin él o parte
de él, quedaríamos aislados de manera importante. 11
Las personas utilizan en ocasiones el sentido del oído de forma un tanto
automática, llegan a acostumbrarse a su medio, que a veces es bastante agresivo
desde el punto de vista acústico. Por ejemplo: las familias que habitan en las
cercanías de los aeropuertos, que están sometidas a la emisión de niveles acústicos
muy altos y constantes y, sin embargo, "ya están acostumbradas". Lo mismo
sucede con personas que viven a la orilla de vías muy transitadas, con tráfico
pesado o ferrocarriles.
El sentido del oído lo notamos en el momento que tenemos que usarlo de
manera consciente, al escuchar el radio, la TV, música o cuando debemos poner atención
a alguna charla, conferencia o disertación. En estos casos llegamos a quejarnos de que no
se escucha bien y normalmente se lo imputamos a la persona, al aparato emisor o
al ruido. Pocas veces nos referimos al espacio, a la instalación o al recinto donde
se lleva a cabo la audición, como el causante de la deficiente audición y, srn
embargo es, en la mayoría de las veces, precisamente la causa de ello.
•El proceso de escuchar consta de tres partes: 12
- La fuente sonora
- Las superficies reflejantes y absorbentes del espac10
- El oído del receptor
•De aquí que para escuchar dependemos en gran medida de la arquitectura
Cada tipo de edificio y de recinto o espacio arquitectónico puede evocar uno o varios
ambientes acústicos. Por ejemplo, en ámbitos educativos, serán muy diferentes los
ambientes que se generan en aulas de una escuela primaria , que los que se dan en una
universidad, e inclusive en cada uno de estos tipos pueden encontrarse ambientes
distintos. En ámbitos comerciales tenemos diversos ambientes: en una plaza comercial,
en un mercado público o en un supermercado. Lo mismo sucede en ámbitos de salud,
por ejemplo el ambiente de un hospital de la Cruz Roja será muy diferente al de uno
privado, y cada área dentro de ellos presenta un ambiente distinto.
10 Fausto Rodríguez M., ConfortAetístico, un problema arquitectónico, V Congreso Mexicano de Acústica, Querétaro, Qro., 1998.
11 ] ozef Cohen, Sensación y Percepción Auditiva y de los Sentidos Menores; México, Trillas, 1973.
12 Y. Xu, Listening to Sound, the Criteria o/ Perception, Techniques et Architecture, Mayo, 1990.
185 Confort acústico en la arquitectura
La pregunta es: ¿existe un ambiente acústico típico para cada actividad y
espacio? Un tipo de edificio complejo puede constar de cientos de espacios destinados a
contener una muy amplia variedad de actividades. Muchos de los espacios son de uso
múltiple y deben atender a más de una actividad, ya sea ocasional, alternada o
simultáneamente. A veces sucede además, que un ambiente acústico óptimo para una
actividad puede ser incompatible para otra.
Tenemos que tomar en cuenta un hecho innegable, el ambiente de las ciudades
y los edificios se está volviendo cada día más ruidoso; los edificios requieren de
mayor ventilación, clima controlado y muchos otros sistemas, entre los que se
encuentran los de sonido, sistemas todos que son cada día más sofisticados.
Ambientes acústicos distintos se están creando alrededor de este tipo de
tecnologías. Se requiere de normas en todos los campos relacionados con el ambiente,
que regulen la forma de diseñar y construir los nuevos edificios, pero también de
herramientas accesibles para los profesionales del diseño y la construcción, que los
ayuden a tomar decisiones en materia ambiental. Para poder diseñar un ambiente,
primero hay que definirlo de tal forma que el aspecto de la subjetividad no confunda
el objetivo. Para ello tenemos que definir la actividad auditiva que se va a desempeñar
en el lugar y las condiciones de audición alrededor de una actividad específica.
Lo que constituye un estado de audición adecuada depende de lo que el oyente
esté tratando de realizar. Esto es la base de definición de las condiciones acústicas
adecuadas o inadecuadas. Las actividades auditivas deben plantearse en términos de
acciones individuales como dormir, estudiar, oír música, conversar, atender una
conferencia, discutir asuntos, etcétera. O bien, como se desarrolla con otro tipo de
análisis arquitectónico, definiendo espacios con actividad implícita como auditorios,
restaurantes, salas de concierto, aulas, salones de conferencias, oficinas, tiendas, pero
en ambos casos tomar en cuenta los aspectos que afectan la audición humana.
Estas condiciones de audición deberán establecerse con toda objetividad y en
términos mensurables, tomando en consideración el sonido, sus propiedades, la
audición, la acústica del recinto, el grado de privada requerido y el análisis del ruido
que se introduce.
Deben definirse metas de di;;eño acústico para asegurar un ambiente
confortable y eficiente para la audición humana. Aunque el juicio lo tiene la persona
que desarrolla la actividad, las condiciones acústicas se han de crear en torno a las
características de una actividad general y no individual.
Es importante que el diseñador considere anticiparse a los problemas,
entendiendo los que pueden presentarse y planteando las estrategias para evitar o
disminuir, en lo posible, los efectos nocivos.
Indicadores del confort acústico En esta secc10n se revisan los aspectos que de alguna forma pueden ayudar a
determinar el estado de confort acústico de un espacio de acuerdo con su función.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 186
Dentro de la acústica arquitectónica se han desarrollado diversos criterios para
evaluar distintas situaciones dentro de los llamados recintos, como se conocen los
espacios arquitectónicos dentro de esa disciplina. De esos criterios se han
seleccionado los que mayor relación tienen con cualquier espacio arquitectónico,
y que de alguna manera lo caracterizan y son los que a continuación se presentan:
•Los niveles de presión sonora
•El grado de absorción sonora
•Los tiempos de reverberación recomendables
•El grado de aislamiento del recinto
•Los criterios de sonido ambiental
Los niveles de presión sonora en dBA
El oído humano no interpreta de igual manera toda la energía del espectro audible,
sino que discrimina algunos sonidos de baja frecuencia y otros los perciben en
apariencia más intensos en la región de frecuencias medias y airas que en la de
frecuencias bajas.
Se han incorporado filtros electrónicos o sistemas de compensación a los
sonómetros para simular este tipo de percepción humana. Así se desarrollan las escalas
de medición A y C. La escala C es materialmente una suma de valores cuyo
resultado es un valor denominado dBC. La escala A corresponde a la forma en que
el oído humano responde a la intensidad de los sonidos. Los de frecuencias bajas
se han filtrado compensando e inclusive ignorando frecuencias, de la forma en
que el oído lo hace, ese valor resultante es el que aparece denominado como dBA.
Tales niveles dBA son los descriptores más comunes de los sonidos
conocidos. Son adecuados para el análisis simplificado de muchos problemas y
para la especificación de pruebas acústicas sencillas, ya que el contenido de las
frecuencias está implícito.
A continuación se presenta una serie de tablas que muestran algunos niveles
comunes de presión sonora y los efectos en la percepción de dichos niveles.
Tab/,a 1. Respuesta subjetiva a cambios en hs niveles sonoros13
Rango del cambio Respuesta subjetiva
1 a3 dB Apenas perceptible en recintos típicos y laboratorios
5 dB Claramente distinguible en la mayoría de los espacios
10 dB Percibido al doble o a la mitad de intensidad
20 dB Mucho más intenso o mucho menos intenso
13 William J Cavanaugh and Joseph A. Wilkes, Architectural acoustics, John Wiley & Sons, 1999.
14 William J. Cavanaugh, and Joseph A. Wilkes, op. cit. y M. David Egan, Architecural
acoustics, Me Graw Hill 1988.
187
Ambiente/ foente sonora
NiveldBA
Exteriores
cortadora de césped a 1.5 m 86
disparo a 75 m 106
calle tranquila 45
a 50 m de tráfico denso 63
borde autopista transitada 75
aeroplano a 900 m 78
calle ruidosa 87
calle suburbana por la noche 40
Sonidos comunes a lm
salida Me silencioso 45
conversador tranquilo 63
salida Me ruidoso 70
máquina registradora 79
conversador voz alta 78
telares mecánicos 92
sierra a motor 96
perforadora/ riveteadora 1O1
cepillo para maderería 103
Confort acústico en la arquitectura
Tabla 2. Niveles de presión sonora en dBA14
Interiores
arena música rock vivo 121
sala audiovisual 94
auditorio aplausos 88
aula 78
sala de cómputo 84
gimnasio 90
cocma 81
laboratorio 77
biblioteca 68
cuarto de máquinas 88
sala de ensayo musical 100
área de recepción y lobby 78
estación de radio 28
residencia tranquila 39
oficina privada 50
radiograbadora 51
tienda menudeo 55
oficina general 64
oficina fábrica 68
estación trabajo industria 85
cafetería escolar 84
Introducción a la Arquirecrura Bioclimárica 188
Tabla 3. Efecto de niveles sonoros en la audición humana dBA 15
Nivel sonoro en dBA
65
90
100
120
150
Efecto
a este nivel sonoro se pueden crear molestias, pero el
resultado es sólo psicológico. Sobre este nivel se
pueden presentar efectos fisiológicos, tales como fatiga
mental y corporal
muchos años de exposición a este nivel sonoro normal
mente causa pérdidas auditivas permanentes
con periodos cortos de exposición a este nivel sonoro la
agudeza auditiva puede dañarse temporalmente, y por
periodos prolongados causará daños irreparables a los
órganos auditivos
es doloroso
causa pérdida instantánea de la audición
15 S. V. Szokolay, Environmental Science Handbook, The Consrrucrion Press, 1980.
16 James P. Cowan, Handbook of environmental acoustics; VNR, 1994.
189 Confort acústico en la arquitectura
Tab/,a 4. Límites de exposición permisible a niveles de presión sonora en dBA, según OSHA16
Duración de la exposición en horas
8
6
4
3
2
l.~
0.5
0.25 o menos
Nivel sonoro permisible en dBA
90
92
95
97
100
102
105
110
115
El grado de absorci6n de los materiales y elementos
Los materiales para la absorción sonora como las alfombras, los plafones, las
losetas y otros materiales especiales pueden absorber cantidades notables de energía
acústica. La eficiencia de un material se da por su coeficiente de absorción. Éste
coeficiente es la razón entre el sonido incidente en una superficie y el sonido
reflejado en la misma superficie y varía de O a 1, donde O es total reflexión y 1 es
total absorción. Los coeficientes se determinan por mediciones en laboratorios
especializados.
Un valor que se usa y acepta de manera comercial y que describe el
promedio de las características de absorción de los materiales acústicos, es el co
eficiente de reducción de ruido NRC, que es el promedio aritmético de los
coeficientes de absorción sonora medidos en las frecuencias de 250 Hz, 500 Hz,
1000 Hz y 2000 Hz, redondeado a la fracción 0.05 más cercana. En general se
alcanza una absorción efectiva cuando los coeficientes exceden el valor de 0.4 y
los materiales con coeficientes de 0.8 o mayores se consideran materiales
absorbentes por excelencia.
El NRC puede considerarse como coeficiente de absorción promedio de
un material, cuando no sea necesario tomar en cuenta frecuencias menores a 250
Hz y mayores a 2000 Hz, en cuyo caso deberá realizarse un análisis especial.
Las siguientes tablas muestran el grado de absorción en coeficiente NRC para
diversos materiales.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Tabla 5. Comportamiento de absorción acústica de algunos materiales comuneP
Material
Tabique
Alfombra
No vidriado No vidriado pintado
1/8" altura de pelo 114" altura de pelo 3116" altura de pelo y bajo alfombra 5/16" altura de pelo y bajo alfombra
Block de concreto Pintado Rugoso
Telas
Pisos
Vidrio
Velour liviano, 340 gr/m2 colgada directo sobre la superficie Velour mediano, 475 grlm2 colgada en la mitad del área Velour pesado, 610 gr/m
2 colgada en la mitad del área
Fielrro, algodón
Concreto o terrazo Loseta Linoleum, asfalto, hule o corcho sobre concreto Madera Parquet de madera en asfalro sobre concreto
6 mm, sellado en grandes paneles Ventanas operables cerradas
Panel yeso 13 mm clavado posre 2x4 @ 40 cm descentrado, pintado
Loseta de mármol o vidriada
Panel divisorio p/oficina abierta, 5 cm, fibra con tela, 9 Kg/m2
Aplanado, enyesado acabado rugoso acabado liso
Panel de madera, 1 / { espesor armazón de madera
Barrera acolchada 3/4" espesor
Block resonador 20 cm
Fibra de celulosa espreada l"
Superficie agua sin ondulaciones
NRC
0.05 0.00
0.15 025 0.25 0.30
0.05 0.35
0.15 0.55 0.60
0.30
0.00 0.05 0.10 0.05
0.05 0.05
0.05
0.00
0.70
0.05 0.05
0.10
0.70
0.70
0.75
0.00
190
17 James P. Cowan, op.cit.
18 James P. Cowan, op. cit.
191
Características de absorción
Muy absorbente
Absorción moderada
Confort acústico en la arquitectura
Tabla 6 Características generales NRC para materiales comunes18
NRC
1.0
0.9
0.8
0.7
Materiales
Materiales diseñados específicamente para una gran absorción
Placas porosas plafón suspendido 0.6 Audiencia en butacas tapizadas
0.5 Cortina pesada Pasto Asientos sin tapizar
Suelo áspero Audiencia en butacas de madera o metal
0.3 Alfombra pesada sobre concreto
--------------- 0.2 --------------------
0.1 Reflejante
o
Asientos de metal o madera desocupados Alfombra ligera multiusos Árboles Cortina ligera Ventana de cristal, paneles de madera Enyesado, panel de yeso
Concreto liso, tabique pintado, mármol, loseta pulida, superficie del agua
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 192
Los tiempos de reverberaci6n recomendados El grado de absorción de un recinto afecta la persistencia del sonido en el mismo cuando una fuente sonora se apaga. El tiempo de reverberación es directamente proporcional al volumen del espacio e inversamente proporcional a la absorci6n total presente, de acuerdo con la siguiente expresión: 19
donde, T
60 = Tiempo de reverberación del recinto en s
V =Volumen del espacio del recinto en m3
A =Absorción total presente en el espacio en sabines métricos (m 2)
En la mayoría de los casos el volumen del espacio del recinto es una constante, generalmente establecido por otro criterio de diseño. Así que la herramienta más efectiva para la manipulación del tiempo de reverberación del recinto, es la modificación de la absorción, mediante el grado de absorción de los materiales de las superficies y de los elementos internos del recinto.
Para definir reverberaciones adecuadas cuando no se trata de espacios acústicamente críticos, sólo se requiere entender el grado de vivacidad o de extinción sonora que el recinto requiere, de acuerdo a la actividad que ahí se desarrolle y el propósito del espacio. En todo caso deberán prevalecer las condiciones de inteligibilidad del lenguaje si la comunicación y el uso del teléfono son importantes.
No existen tiempos de reverberación óptimos20 universalmente aceptados, ya que en gran parte se trata de una cuestión de preferencias.
Tabla 1. Tiempos de reverberación recomendados para algunos tipos de espacia21
Tipo de espacio úúidad Tr¡/)ens Activichdauditivagmérica
Estudios de grabación y radiodifusión muy corro 0.4 - 0.6 silencio lenguaje
Aulas escolares corro 0.5 - 0.9 atención - lenguaje
Foros de teatro, producciones dramáticas corto a medio 0.8 - 1.2 audición - lenguaje privadas
Salas de conferencia corro a medio 0.6 1.4 atención, privada - lenguaje
Cines corro a medio 0.7 - 1.3 atención lenguaje
Teatros pequeños medio 1.1 - 1.5 audición - lenguaje, música
Auditorios escolares medio a 1.3 - 1.9 audición - lenguaje, música prolongado
Auditorios generales medio a 1.4 1.9 audición lenguaje, música prolongado
Iglesias a caredrales prolongado 1.2 - 3.4 audición lenguaje, música
19 Expresión desarrollada por W.C. Sabine en Harvard, Boston, EUA a finales del siglo XIX.
20 Michael Rettinger, Handbook of Architectural Acoustics and Noise Control,TAB Books, 1988.
21 T. Newman, op. cit.
22 W. Cavanaugh, op. cit.
23 James P. Cowan, op. cit.
193 Confort acústico ~n la arquitectura
El grado de aislamiento
Una propiedad acústica de un elemento aislante es su habilidad para resistir la
vibración al chocar con ondas sonoras y disipar así cantidades significativas de
energía.
La capacidad de reducción sonora de una construcción se mide por su
pérdida de transmisión sonora (TL).
Para propósitos de diseño y especificación, un descriptor numérico único
se ha establecido para indicar la capacidad de aislamiento acústico de un sistema
divisorio. Este número es la Clase de transmisión sonora STC.
En general el STC puede tomarse como un valor que se aproxima mucho
al valor de la TL en la frecuencia de los 500 Hz o en el rango medio de frecuen
cias .22 Como el método de clasificación prevé deficiencias de hasta 8 dB y una
suma de deficiencias no mayor a 32 dB es aconsejable considerar una disminución
de 2 a 4 dB en el valor, como sigue:
STC - 2 a 4dB = TL500
donde,
STC = Clase de transmisión sonora
TL500
=Pérdida de transmisión sonora en la banda de 500 Hz
Si un material está clasificado como STC 52 se puede considerar, sólo para casos
que no son críticos acústicamente, que el valor de pérdida de transmisión sonora
en la banda de 500 Hz será de 48 dB a 50 dB. Estas medidas se pueden tomar en au
sencia de datos de TL, aspecto como anteriormente se indicó, muy común en
nuestro país.
Los valores de TL de mayor utilidad son los que corresponden a las ban
das de frecuencia de los 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz y hasta los 4000 Hz, rango que
coincide con las frecuencias importantes de la inteligibilidad del lenguaje.
Tabla 8. Grado de aislamiento de algunos materiales y elementos divisorios23
Material/ Elemento divisorio
Vidrio3mm
Vidrio laminado 7 mm 13 mm 19 mm
STC
26
36 40 43
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Vidrio doble
Vidrio 3 mm, aire 6 cm
Vidrio 6 mm, aire 6 cm
Vidrio 5 cm y 6 cm, aire 12 cm
Cubierta metálica
calibre 22
calibre 16
Puerta de madera
4.5 cm espesor, tambor, 7.5 kg/m2
4.5 cm espesor, sólida, 22 kg/m', sellada
Puerta metálica 2
4.5 cm espesor, 13 kg/m 2
4.5 cm espesor, 57 kg/m
Losa de concreto, 20 cm
Muros
Panel 13 mm a cada lado, postes 2x4@ 40 cm
Igual anterior pero con 5 cm de aislamiento
Igual anterior pero @ 61 cm
2 paneles de 5/8" a cada lado, postes 2x4 alternados @ 40 cm
Panel 13 mm sobre postes metálicos de 9 cm, @ 61 cm
Mampostería de concreto 2
108 kg/m
210 kg/m 2
386 kg/m 2
Muro de tabique, ladrillo 2
10 cm, 190 kg/m 2
10 cm, 2 cm aplanado, 205 kg/m
20 cm, 405 kg/m
30 cm, 571 kg/m
Panel de yeso
l/2"
5/s"
2
2
37
40
48
45
52
19
34
28
43
50
35
37
40
51
39
43
49
56
45
50
52
59
28
29
194
Tabla 8. Continuación
195
Grado de privacidad acústica
Límite práctico
Privada total (sólo se escuchan ruidos muy altos en un ambiente sonoro bajo)
Privada adecuada (sólo se escuchan voces elevadas en ambiente sonoro bajo)
Alguna privada (se escuchan voces en ambientes sonoros bajos)
Sin privada (se escuchan voces claramente entre los recintos)
24 James P. Cowan, op. cit.
Confort acústico en la arquitectura
Tabla 9. Grado de privacidad por STC y elementos divisorios24
STC
-70-
-60-
-50-
-40-
Elemento divisorio
Dos muros de block de concreto de 15 cm con yeso en ambas caras sobre postes de acero con un espacio de 1 O cm de aire entre fibra de vidrio y relleno aislante.
Dos capas de panel de yeso de 5/8" de cada lado de postes de acero alternados con una cavidad de 8 cm y relleno aislante de fibra de vidrio.
Panel de yeso de 13 mm en ambos lados, postes alternados de madera de 2 x 4 y cavidad de fibra de vidrio
Block de concreto de 15 cm con yeso en ambos lados Especificación típica constructiva entre residencias
Panel de yeso de 5/8" en ambos lados, postes de acero de 2 1 f z" Puerta de acero rellena de fibra de vidrio y sellada Panel de yeso de 13 mm en ambos lados, postes de madera de 2 x 4
-30- Puerta de madera sólida sellada Ventana doble vidrio típica Ventana sencilla vidrio de 3 mm
-20-
-10-
Puerta típica de tambor de madera sellada Puerta típica de tambor de madera sin sellar
Material de absorción acústica tí pico
- O - Puerta o ventana abierta, sin división
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 196
Los criterios de ruido de fondo
Los niveles generales conocidos como de ruido de fondo o niveles sonoros ambientales en un espacio, son un componente en extremo importante del ambiente acústico del recinto. Forman, por así decirlo, "un piso acústico" o
base sonora contra la cual se definen los sonidos deseables y los indeseables en el espacio. Un sonido de fondo continuo puede enmascarar tanto los sonidos intrusivos en un espacio, como aquellos transmitidos desde un espacio
adyacente. Así como existe gran variedad de tipos de espacio en los edificios,
igual hay variedad de tipos y niveles de sonido de fondo. Para ello ha sido
necesario desarrollar herramientas para clasificar esos tipos y niveles de sonido de fondo, como lo son las curvas NC, PNC, NCB y las RC.
A continuación se muestra una tabla con criterios de ruido de fondo recomendados en espacios arquitectónicos típicos. Se describen en términos de
NC y dBA, también se presenta una tabla con las posibilidades de comunicación de acuerdo con el nivel de ruido de fondo.
TaMa 1 O. Posibilidad de comunicación hablada en diversos niveles sonoros de fimdo'5
Nivel sonoro de fondo dBA
55
65
75 limitado
85
Esfoerzo de voz requerido y distancia
Voz normal a 3 m
Voz normal a 1 m
Voz elevada a 1.8 m Voz muy alta a 3.6 m
Voz elevada a 60 cm
Voz muy elevada a 1.8 m
Gritos a 2.5 m
Voz muy elevada a 30 cm
Gritos entre 60 y 90 cm
Tipo de comunicación posible
Comunicación relajada
Comunicación continua
Comunicación intermitente
Comunicación mínima
(deseable predisposición a un vocabulario restringido)
Uso de teléfono
Satisfactorio
Satisfactorio
Imposible
25 W. Cavanaugh, op. cit.
197 Confort acústico en la arquitectura
Tabla 11. Criterios recomendados para ambientes sonoros de fondo estables en espacios arquitectónicos típicoi6
Tipo de espacio I actividad
Espacios de trabajo donde la comunicación hablada y telefónica no se requieran
Talleres, estacionamientos, cuartos de equipo
Cocinas, lavanderías
Talleres ligeros de mantenimiento, cuarto computadora
Talleres de dibujo, aulas - taller escolares
Oficinas generales y secretariales
Laboratorios, clínicas, salas de espera
Vestíbulos públicos, corredores, espacios de circulación
Tiendas, alamacenes, restaurantes y cafeterías
Grandes oficinas, área de secretarias, áreas de descanso
Estancias y comedores residenciales
Aulas generales, bibliotecas
Oficinas privadas y semiprivadas
Recámaras, hoteles, departamentos con aire acondicionado
Recámaras, residencias privadas, hospitales
Oficinas ejecutivas, espacios de conferencia
Auditorios pequeños de uso general (menos de 500 asientos), salas de conferencia,
proyección
Templos
Estudios de radio, TV y grabación pequeños
Auditorios grandes para música sin amplificación y drama
Grandes estudios de radio y grabación
Salas de concierto y recitales, teatros para ópera
26 W. Cavanaugh, op. cit.
Criterio NC dBA
60-70 65-75
45-60 52-65
45-60 52-65
45-55 52-61
40-50 47-56
40-50 47-56
40-50 47-56
40-50 47-56
35-45 42-52
35-45 42-52
30-40 38-47
30-40 38-47
30-40 38-47
30-40 38-47
25-35 34-42
25-35 34-42
35 (máximo) 42 (máximo)
25 (máximo) 38 (máximo)
25 (máximo) 38 (máximo)
25 (máximo) 38 (máximo)
20 (máximo) 30 (máximo)
20 (máximo) 30 (máximo)
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 198
Una propuesta de clasificación del confort acústico27
Se han presentado las herramientas e indicadores para definir diversos ambientes
acústicos, ya sean estados estrictamente descriptivos, límite, de bienestar o estados
acústicos recomendables para diversas actividades o funciones.
Estas herramientas e indicadores se han combinado para poder realizar
una propuesta de clasificación del confort acústico, basada en actividades o tareas
auditivas y en funciones específicas del espacio arquitectónico.
Para una clasificación del confort acústico el primer paso ha sido definir grandes
grupos de ambientes acústicos posibles, y a partir de ahí se han abierto en forma
de árbol, usos y tipologías arquitectónicas aplicables y características de cada
ambiente específico.
Ya se indicó anteriormente que lo que constituye una siruación de audición
adecuada, en otras palabras escuchar bien, depende de lo que el que escucha esté
tratando de hacer y esto se define como una actividad o tarea auditiva.
Este es el primer paso para definir un estado de confort acústico. Así puede
derivarse una clasificación de los tipos de actividades auditivas, basados en las
recomendaciones para ambientes sonoros de fondo y los tiempos de reverberación
aceptables. De la misma forma, los espacios se pueden clasificar por tipos acústicos
y usos.
Las siguientes clasificaciones son una base para determinar el grado de
confort acústico requerido de acuerdo con la actividad y el espacio, e indican las
metas que se deberán alcanzar como mínimo en términos del nivel sonoro
ambiental y de calidad acústica.
Estas clasificaciones se han construido tomando como herramientas las
clasificaciones de criterios de ruido de fondo y los tiempos de reverberación
óptimos, y están dirigidas a servir como guía para el análisis y balance acústico de
los espacios. De esta forma se propone una caracterización del confort acústico en
los espacios arquitectónicos.
27 Fausto Rodríguez M.,
"Hacia una clasificación del Confort Acústico en Arquitectura"; en Memoria del V7 Congreso Mexicano de Acústica, Oaxaca, México, 1999.
199 Confort acústico en la arquitectura
Tabla 12. Clasificación de las actividades auditivas y sus condiciones para el confort acústico
-Actividades Auditivas Condiciones para confort acústico
Genérica Específica Sonido Ambiente Calidad acústica
dBA Tw
Silencio Grabación 20- 30 difuso-apagado (requiere asesoría especializada) Radio y TV apagado
corto
Audición Presentación 25 - 35 VIVO
(requiere asesoría especializada) música s/amplificar prolongado ópera medio
teatro s/amplificar moderado/Inteligible medio
Ceremonias moderado/inteligible religiosas medio a prolongado
Atención Difusión y educación moderado/inteligible (aconsejable asesoría conferencias 30-35 corto a medio especializada) docencia
lectura 35 - 45 Atención médica moderado/inteligible
estancia 30-35 corto recuperación cirugía corto a medio
Entretenimiento moderado/inteligible función cines 35-40 corto a medio
Atención general moderado juzgados, exposición 35-40 corto a medio
Privada Trabajo moderado/inteligible privado, semi privado 30 40 corto
Reunión moderado/inteligible trabajo, conferencia corto
social 35 -45 corto a medio
Estar y descanso 35 45 moderado/inteligible sueño corto a medio
estar comer
Co ncen rració n moderado/inteligible estudio corto a medio
Comunicación Conversación moderado/inteligible privada hasta 55 corto negocios abierta comunicación telefónica corto
General comunicación general hasta 65 moderado medio
Circulación tránsito hasta 65 moderado a vivo medio
Servicio e industria trabajo y actividad industrial hasta 65 moderado medio
Introducción a la Arquitectura Bioclimática
Tabla 13. Clasificación del confort acústico en espacios y usos arquitectónicos
Tipo Grado de confort
Aislado A
Privado B
Moderado e
General D
Público E
Ruido moderado F
Ruido general G
Espacios / usos
Espacios con requerimientos acústicos críticos: teatros, auditorios, estudios de grabación; se requiere de la intervención de un consultor o especialista
Oficinas ejecutivas, salas de conferencia, recámaras, cuartos de hotel y hospital, auditorios pequeños
Oficinas semiprivadas, aulas escolares, bibliotecas, estancias y comedores residenciales
Oficinas abiertas, áreas secretariales, salas de estar, tiendas, restaurantes, cafeterías
Lobbies, corredores, espac10s de circulación, salas de espera, clínicas, laboratorios, oficinas generales, talleres escolares, salas de dibujo
Talleres ligeros, cuartos de cómputo, cocinas, lavanderías, grandes tiendas, almacenes, estacionamientos
Industria y espacios sm requerimientos de comunicación e intercomunicación continua
Nivel sonoro ambiental
dBA
20 35
35-40
35 - 45
40 - 45
45 50
50 - 65
65 75
200
Calidad acústica
Variable: vivo para música, moderado donde se requiere inteligibilidad, apagado en estudios El T
60 es corto para estudios,
corro a moderado para inteligibilidad en teatros y auditorios, prolongado para música sin amplificar.
moderado / inteligibilidad corto a medio
moderado, inteligibilidad corto
moderado medio
moderado medio
moderado a vivo medio
moderado a vivo medio a prolongado
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