iniciación a la rehabilitación con estrategias bioclimáticas

Iniciación a la rehabilitación

con estrategias bioclimáticas

INICIACIÓN A LA REHABILITACIÓN CON ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS MÓDULO 1.- ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN ARQUITECTURA

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ÍNDICE 1.1.- EL EDIFICIO COMO SISTEMA. 1.2.- ARQUITECTURA Y CLIMA. 1.2.0.- El clima y las zonas climáticas en el mundo. Arquitecturas autóctonas. 1.2.1.- Fundamentos bioclimáticos. 1.2.1.1.- Introducción. 1.2.1.2.- Confort térmico. Definición. 1.2.1.3.- Parámetros del balance térmico. 1.2.1.4.- Balance térmico. Mecanismos de tranferencia. 1.2.1.5.- Climogramas de confort térmico. 1.2.1.6.- Malestar térmico local. 1.2.2.- Condiciones de invierno. Estrategias bioclimáticas. 1.2.2.1.- Condiciones de invierno. 1.2.2.2.- Estrategias bioclimáticas en invierno. 1.2.3.- Condiciones de verano. Estrategias bioclimáticas. 1.2.3.1.- Condiciones de verano. 1.2.3.2.- Estrategias bioclimáticas en verano. 1.3.- CERTIFICACIONES EN EDIFICACIÓN. 1.3.1.- Certificación energética de edificios nuevos (RD 47/2007). 1.3.2.- Certificación energética de edificios existentes. 1.3.3.- Otras certificaciones en edificación. 1.3.3.1.- BREEAM. 1.3.3.2.- LEED. 1.3.3.3.- Herramienta Verde. 1.3.3.4.- PassivHaus.


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. El concepto de sostenibilidad, en el sentido que nos ocupa, se empleó por primera vez en el informe de la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas de 1987, también denominado Informe Bruntland. De todas las definiciones, la más universal reconocida por todos como la que mejor describe el concepto de desarrollo sostenible es la que aparece en este informe:

Desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias.

¿Y cómo se puede poner en riesgo ese desarrollo futuro?: agotando los recursos naturales con nuestro propio desarrollo, los combustibles, el agua, los minerales, la madera, la riqueza del subsuelo, etc. Aunque el término era nuevo, el concepto ya existía, se había aplicado en el mundo por todas las civilizaciones, o casi todas, hasta llegar a nuestros días. La protección del medio ambiente y el crecimiento económico habrían de abordarse como una sola cuestión. Posteriormente, la Cumbre para la Tierra celebrada en Río de Janeiro de 1992 supuso un importante paso en el desarrollo de este concepto al aprobar tres grandes acuerdos que habrían de regir la labor futura: - el Programa 21, un plan de acción mundial para promover el desarrollo sostenible; - la Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, un conjunto de principios en los que se definían los derechos civiles y obligaciones de los Estados, entre ellos:

El mejor modo de tratar las cuestiones ambientales es con la participación de todos los ciudadanos interesados, en el nivel que corresponda.(Principio 10)

- y una Declaración de principios relativos a los bosques, serie de directrices para la ordenación más sostenible de los bosques en el mundo. En este marco de “desarrollo sostenible” cabe entender la “arquitectura sostenible” como aquella que cubre las necesidades de la construcción, acondicionamiento y de abastecimiento de agua sin impedir que generaciones futuras también puedan hacerlo. Introduzcamos a continuación algunas reflexiones generales acerca de la realidad actual: a. A pesar de que el 70% de la superficie de la Tierra es agua, tan sólo el 0,3% del agua terrestre es utilizable para servir las exigencias de confort e higiene de los más de 7.000 millones de habitantes del planeta. A estos datos hay que añadir que el acceso al agua potable es dramático en muchísimas ocasiones. - La mayor parte del agua dulce está en forma helada en los casquetes polares y el resto está distribuida de manera no uniforme y en muchos casos no acorde a las necesidades de la población .


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- Además, para poder consumirla hay, en la mayoría de los casos, que someterla a procesos de depuración y potabilización, técnicas no disponibles en todas las partes del mundo necesitadas de agua. - En nuestro entorno mediterráneo el problema es la escasez de agua dulce dado nuestro pobre y desequilibrado régimen de lluvias. El consumo excesivo de agua, no sólo supone un coste importante en su tratamiento para la sociedad, sino que al reducir el agua disponible en acuíferos, cauces fluviales y embalses, altera el microclima, reduciendo la vegetación y ésta, a su vez al régimen de lluvias. Por todo ello, la gestión adecuada del agua de que disponemos también se convierte en un objetivo de la sostenibilidad global del planeta y, por ello, no se puede considerar a un edificio auténticamente sostenible si no se plantea la reducción del consumo con todas las medidas posibles (electrodomésticos y grifería de bajo consumo o la reutilización de aguas pluviales y grises para diferentes usos del edificio).

b. Los edificios se construyen en su inmensa mayoría con materiales que no son sostenibles. La sostenibilidad comprende no solo factores medioambientales, sino también económicos y sociales. Se debe lograr el equilibrio entre un precio correcto para que el material resulte competitivo en el mercado una producción y puesta en obra respetuosa con todas las personas que intervienen en el proceso, y una carga mínima sobre el medio ambiente durante su ciclo de vida. El material final obtenido debe ser el resultado: - de un proceso de extracción de bajo impacto ambiental, con preferencia por el uso de materiales renovables como la madera o productos reciclados, - de una fabricación eficiente, en la que: - se optimice la cantidad de materia prima empleada, - se controle el gasto de agua, - se limite el consumo energético, - se reduzcan las emisiones, - y una gran parte de los residuos generados se valoricen, reincorporándolos al proceso o transformándolos en otros materiales. c. Las necesidades de acondicionamiento están vinculadas al consumo de energía, y la mayor parte de ella no es sostenible porque se agota. Únicamente es sostenible aquella energía que no se agota y que siempre estará disponible para otras generaciones, - la energía solar, - la eólica, - la hidráulica, - la biomasa, - la geotérmica, - y otras que se encuentran en fase de investigación como el hidrógeno. En la actualidad no es posible cubrir todas nuestras necesidades de acondicionamiento con energías renovables, no porque sean


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insuficientes las que llegan o se encuentran en la Tierra, sino porque no tenemos instalaciones suficientes para captar y transformar la necesaria, y falta tiempo para que nos libremos de la dependencia de las energías no renovables, que son mucho más habituales de gestionar que las renovables. Las evidencias científicas sobre la realidad de un proceso de cambio climático a escala global y sobre la responsabilidad que en este cambio tienen las actividades humanas han llevado a un número importante de países a tomar iniciativas individuales y colectivas orientadas a reducir nuestro impacto en el planeta y garantizar un desarrollo sostenible. El hito más significativo se produjo el 11 de diciembre de 1997 cuando, tras un largo periodo de análisis y discusión, se aprobó el Protocolo de Kyoto, acuerdo internacional encaminado a la reducción de las emisiones de seis gases (entre ellos el CO2) que, a través de su contribución al efecto invernadero, propician el calentamiento global.

PAISES Portugal Grecia España Irlanda Suecia Finlandia Francia

REDUCCIÓN % 27,00% 25,00% 15,00% 13,00% 4,00% 0,00% 0,00%

Paises Bajos Italia Bélgica Reino Unido Austria Dinamarca Alemania Luxemburgo UE

-6,00% -6,50% -8,00% -12,50% -13,00% -21,00% -21,00% -28,00% -8,00%

Compromisos entre los países de la UE para reducir las emisiones de GEI y cumplir

con el Protocolo de Kioto en 2012 Fuente: EEA (European Environment Agency)

El camino por tanto debe ser seguir investigando en el aprovechamiento de los recursos renovables, mejorando la energía solar fotovoltaica, mejorando los aerogeneradores, aprovechando la energía que proporciona el mar con sus olas, mareas y su gradiente térmico, pero también dando tiempo a esas investigaciones para que alcancen los resultados deseables a tiempo, antes de que sea irremediable el calentamiento global, la desaparición de recursos y la destrucción del medio ambiente. Ello requiere que los edificios sean menos dependientes de la

energía en general, que necesiten menos para cubrir sus necesidades.


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De las reflexiones anteriores podríamos obtener las siguientes conclusiones generales: - Si un edifico se aisla más y mejor gastará menos energía en calefacción, si se protegen sus huecos de la radiación solar del verano gastará menos en la refrigeración. - Si se diseña su envolvente de forma que capte directamente energía natural, como calor solar o frescor nocturno, el edificio se convertirá en gestor de energía no contaminante. - De este modo, reduciendo la dependencia energética con la protección y la autoproducción, los recursos energéticos globales se gastarán más lentamente y el tiempo que daremos a la técnica para desarrollar procedimientos de captación o producción más eficaces, será mayor, y nuestro horizonte de viabilidad y desarrollo será más amplio. Un edificio sostenible es, por tanto, aquel que se construye con materiales y conceptos sostenibles, que se acondiciona con energías renovables y que gestiona el agua inteligentemente para reducir su dependencia. Considerando el edificio como un sistema energético, las estrategias generales que deben potenciarse en las tareas de rehabilitación del parque edificatorio existente son las siguientes: a. Captación y conservación de recursos energéticos del entorno inmediato cuando estos están disponibles (radiación solar, viento...) en función del ciclo del clima y necesidades energéticas interiores. b. Almacenamiento y conservación de los recursos energéticos captados para su aprovechamiento a lo largo de todo el período de uso de la edificación. c. Potenciación de la eficiencia del sistema energético mediante la incorporación de elementos de regulación que permitan modular el intercambio energético entre el edificio y el exterior en función de las variaciones cíclicas de las condiciones ambientales exteriores estacionales y diarias. Dada la secuencia anterior, el análisis del funcionamiento energético de la edificación existente y la incorporación de medidas de mejora y optimización del mismo requiere del conocimiento y análisis de dos realidades: - las condiciones ambientales exteriores a las que está sometido el edificio a lo largo de los diferentes ciclos climáticos, (son los factores extrínsecos: parámetros meteorológicos, geográficos y topográficos). - en segundo lugar, los medios de que dispone la envolvente del edificio (sus elementos de cerramiento) para dar una respuesta energética adecuada. (Factores intrínsecos: características físicas y geométricas del edificio). Como ejemplo, - Si el edificio objeto de la rehabilitación se encuentra en un lugar donde los inviernos son fríos, nuestro análisis deberá contemplar, en primer lugar, el acceso al sol que tienen los sistemas de cerramiento del mismo y, en segundo lugar, si incorporan elementos de ganancia adecuados para el aprovechamiento de la energía procedente del sol. - Si nuestro edificio, además, se encuentra en un lugar donde los veranos son cálidos deberemos analizar qué sistemas se incorporan para proteger del sol los elementos de ganancia térmica invernales. De lo enunciado en este punto podemos obtener las siguientes conclusiones: - La comprensión del funcionamiento del edificio como un sistema energético requiere la comprensión de las condiciones ambientales exteriores a las que tiene que responder y del

funcionamiento de los elementos de cerramiento del mismo para


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proporcionar una respuesta a estas condiciones. - Los criterios, conceptos y estrategias que regulan la optimización de esta relación entre el edificio y el medio sientan las bases de la denominada "arquitectura bioclimática" o "arquitectura energéticamente eficiente", cuyo objetivo es el aprovechamiento de los recursos energéticos del ambiente exterior para alcanzar condiciones de confort en el ambiente interior (espacios de uso en la edificación) reduciendo o incluso eliminando la necesidad de utilizar sistemas activos de apoyo consumidores de energía.

1.2.0.- El clima y las zonas climáticas en el mundo. Arquitecturas autóctonas. Las características climáticas han condicionado desde siempre, tanto la elección del asentamiento del refugio del hombre, como la disposición, orientación y forma de las edificaciones. Se puede entender por CLIMA de un lugar geográfico determinado al conjunto de los fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera y su evolución en dicho lugar.

El conjunto de fenómenos debe corresponder a un periodo de tiempo suficientemente largo como para considerarse representativo de la zona. En las zonas templadas, donde se sitúa España, se suele considerar un peridodo de 30 años como suficiente para definir el clima. En los últimos tiempos se están sucediendo transformaciones del clima natural a causa de las actividades del hombre. Las actividades humanas causan fenómenos como la contaminación ambiental, la lluvia ácida, el efecto invernadero la disminución de la capa de ozona y la desforestación, entre otros, que dan lugar a que se hable de variaciones importantes del clima. Enumeremos a continuación: - los factores climáticos (o propiedades físicas invariables del lugar), - y los elementos climáticos (o componentes variables que determinan el clima en un momento dado).


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FACTORES CLIMÁTICOS

Factores fundamentales

Situación de la zona geográfica en el seno de la circulación general de la atmósfera. (Variable en función del tiempo).

Factor de continentalidad: situación y configuración geográfica según la distribución de la superficie de la tierra en masas continentales y océanos. (Constante).

Factor orográfico: presencia o ausencia de barreras montañosas que obstaculicen o favorezcan el movimiento de las masas de aire desde el mar. (Constante).

La temperatura de la superficie del mar. Cuando la región considerada se encuentre próxima a él. (Variable en función del tiempo).

Factores secundarios

La altitud sobre el nivel del mar.

La exposición a la radiación solar.

Las características del terreno.

ELEMENTOS CLIMÁTICOS Propiedades o condiciones atmosféricas que definen el clima de un lugar para un periodo de tiempo determinado.

Propiedades físicas de la atmósfera y su movimiento

Temperatura del aire.

Humedad.

Presión atmosférica.

Viento.

Etc...

Fenómenos meteorológicos que se producen dentro de la atmósfera o en la superficie de la tierra

Precipitaciones Lluvia Nieve Tormentas Nubes Niebla...

Elementos climáticos referidos a la composición química De la atmósfera

De las precipitaciones

Radiaciones

Radiación solar Cantidad de radiación Duración de la insolación,...

Definimos a continuación algunos parámetros de los elementos climáticos enumerados: - Temperatura del aire: La temperatura del aire, que está condicionada muy directamente por la radiación solar, es un


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parámetro fundamental del clima, y depende en gran medida de la naturaleza de la superficie del suelo. Una vez caliente, la superficie de la tierra emite radiación en el infrarrojo, que es absorbida principalmente por el vapor de agua, el anhídrido carbónico y las partículas contaminantes existentes en la atmósfera; este calentamiento de la atmósfera inferior provoca el efecto invernadero que dificulta el enfriamiento nocturno. Este efecto desaparece en atmósferas nítidas, secas y en calma. - La humedad: El aire atmosférico contiene una cierta cantidad de vapor de agua, que es variable en función del tiempo y del lugar. Este vapor de agua que se genera en la atmósfera, por efecto de la radiación solar, debido a la evaporación de las masas de la superficie de la tierra, es transportado por el viento y, posteriormente, cuando las condiciones termodinámicas lo provocan, se produce su condensación. La cantidad de vapor de agua en la atmósfera disminuye rápidamente con la altura. - La presión atmosférica: La presión atmosférica es la suma de presiones parciales ejercidas por el aire seco y el vapor de agua, como componentes del aire atmosférico. De igual forma que la temperatura, la presión atmosférica disminuye con la altitud sobre el nivel del mar. Es el elemento climático que, considerado de forma individual, mejor caracteriza al tiempo atmosférico. Aunque no es totalmente correcto, habitualmente se considera que cuando asciende la presión atmosférica mejora el tiempo, y cuando desciende, el tiempo empeora. - El viento: El viento es una corriente de aire que se produce en la atmósfera y que, fundamentalmente, se debe a la convección propiciada por la radiación solar que eleva la temperatura del suelo y calienta el aire circundante. En el aire que se calienta se produce una dilatación y pierde presión, momento en el que es reemplazado por aire más frío. El calentamiento del suelo no es uniforme, por lo que se generan desplazamientos del aire que tienden a compensar las diferencias de presión, pasando de las regiones de alta presión hacia las de baja presión. El aire, al moverse constituye el viento. La dirección y velocidad de los vientos, principalmente de la capas bajas, puede verse muy modificada por el relieve de la zona geográfica. Algunos de los efectos que esta característica tiene en la modificación del viento son: - El efecto barrera, originado por las grandes cadenas montañosas, que impiden el paso de las corrientes de aire y son desviadas hacia sus costados, o hacia la parte superior para rodearlas. - El efecto de encauzamiento, que encamina las corrientes de aire hacia las vaguadas y las depresiones de los ríos. - El efecto esquina, que aumenta la velocidad de los vientos y modifica su dirección al rodear elementos orográficos elevados. - Las nubes y nieblas: La formación de las nubes se debe a la condensación de la masa de aire que asciende por efecto de la radiación solar y se enfría por expansión; en concreto, las nubes se originan por la suspensión en la atmósfera de las pequeñas gotas o partículas de hielo. La niebla y el rocío se originan en la capa atmosférica próxima a la superficie de la tierra cuando la temperatura de la superficie es inferior a la del aire circundante y la humedad relativa suficientemente elevada. - La aparición del rocío se debe a la condensación del vapor de agua del aire sobre una superficie fría, por enfriamiento de una pequeña capa de aire en contacto con esa superficie. - Las nieblas surgen cuando el aire que no está en contacto directo con la superficie fría,

se enfría por debajo de su temperatura de rocío.


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- Las precipitaciones: La agregación entre sí de las pequeñas gotas, que suspendidas en la atmósfera constituyen las nubes, forma gotas más grandes. Estas caen por gravedad, dando lugar a las precipitaciones en sus diferentes denominaciones: lluvia, nieve, granizo, etc... - Las tormentas: Son alteraciones violentas de la atmósfera acompañadas con truenos, relámpagos, viento y precipitación de lluvia, nieve o granizo. El origen de las tormentas se debe básicamente a dos efectos: - por una parte, los efectos de la temperatura, ya sea debido al calor o al frío, - por otra parte, los efectos de la orografía, que pueden desencadenar movimientos convectivos del aire y, por tanto, generar dichas tormentas. - Radiación solar: El sol actúa como fuente energética para el planeta: aporta luz y calor, establece los ciclos naturales, y actúa como elemento generador del resto de las energías naturales. El sol emite energía de forma constante, a una temperatura de unos 6000 grados Kelvin. La radiación solar emitida se distribuye dentro del denominado espectro solar, que agrupa diferentes longitudes de onda de emisión energética: - Radiación Ultravioleta C (UV-C), (long. onda – de 100 a 280nm), invisible al ojo humano. Se caracteriza por sus propiedades germicidas. Es bloqueada por la atmósfera, por lo que no llega a la Tierra. - Radiación Ultravioleta B (UV-B), (long. onda – entre 280 y 315nm), también invisible al ojo humano. Es absorbida en gran parte por la atmósfera. La parte que alcanza la Tierra es peligrosa para la salud humana, y ha aumentado debido a la disminución de la capa de ozono. - Radiación ultravioleta A (UV-A), (long. onda – entre 315 y 400nm). Es absorbida por la atmósfera y no llega a la Tierra. - Rango visible, o luz visible por el ojo humano (long. onda – entre 400 y 700nm). Responsable de la iluminación natural. - Rango infrarrojo (IR), o “radiación de onda larga”, (long. onda – a partir de 700nm). Responsable del calentamiento que proporciona el Sol. La atmósfera terrestre actúa como filtro frente a parte de la radiación solar ultravioleta (longitudes de onda inferiores a los 290nm) y de la radiación solar infrarroja (superiores a 2400nm). El valor de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra (irradiancia - W/m2) depende básicamente de la latitud y de la pureza atmosférica. Con este último parámetro pasamos a comentar cómo se agrupan estos factores y elementos climáticos dando lugar a una posible clasificación en las distintas zonas climáticas de la Tierra. Existen gran cantidad de divisiones climáticas, pero efectuando una gran simplificación puede hablarse de cuatro grandes zonas: a.- CLIMA FRÍO, que abarca toda la zona con latitud superior a 60º norte y grandes extensiones de los continentes americano, europeo y asiático comprendidas entre 30º y 60º de latitud norte; b.- CLIMA TEMPLADO que se desarrolla en el resto de la Europa no fría, parte de Asia sobre el paralelo de latitud 30º norte, la zona oriental de los Estados Unidos de Norteamérica y parte de América del Sur en torno a los 30º de latitud sur; c.- CLIMA CÁLIDO-HÚMEDO que se desarrolla en las zonas ecuatoriales de los tres continentes atravesados por la circunferencia máxima terrestre; d.- CLIMA CÁLIDO-SECO en las zonas recorridas por los trópicos, con parte de la costa del Pacífico en el continente americano las zonas norte y sur de África, los territorios asiáticos

bañados por el Mar Arábigo y la mayor parte de Australia. Se


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corresponde con las regiones más áridas del planeta. Las características de las zonas climáticas mundiales han configurado unas formas arquitectónicas autóctonas propias de cada situación geográfica. El hecho climático no ha sido el único que ha influido en la arquitectura, ya que tienen también gran importancia la topografía del lugar y los materiales próximos, así como otros aspectos sociales como son las costumbres, la organización familiar o la forma de vida de cada asentamiento. A continuación enunciaremos las características principales de cada una de las cuatro zonas climáticas, y los invariantes arquitectónicos y sistemas constructivos adoptados como estrategias de control higrotérmico para cada una de ellas. CLIMA FRÍO - Características. Inviernos muy fríos y largos, con temperaturas mínimas inferiores a 0º. Los veranos se caracterizan por temperaturas confortables, por lo que se les denomina veranos “fríos”. En estos climas se producen nevadas abundantes durante el invierno y lluvias que se extienden durante la primavera y el otoño. Se corresponden con latitudes altas, por lo que la radiación solar aprovechable es menor que en otras latitudes. A esto hay que añadir el amplio porcentaje de precipitaciones y cielos cubiertos y nubosos. - Estrategias arquitectónicas autóctonas En los climas fríos las pérdidas por convección son muy elevadas, debido a las bajas temperaturas exteriores, por lo que debe reducirse al máximo el intercambio entre los ambientes interior y exterior mediante: - la construcción de edificios con factor de forma lo más bajo posible, - la construcción con cerramientos de

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