Arquitectura solar pasiva, elementos para su diseño

La arquitectura bioclimática es uno de los temas más relevantes del siglo XXI en el sector, englobando en ella la arquitectura solar pasiva. El principal motivo para alcanzar esta importancia en la sociedad es la falta de recursos a consecuencia de la sobreexplotación. Es en este sentido es donde la arquitectura se entiende como una de las herramientas más importantes a la hora de diseñar y construir edificios sostenibles.

Se entenderán por estos, los que no requieren de sistemas activos o tienen una demanda energética mínima para alcanzar el confort en el interior.

¿Qué son los sistemas pasivos? ¿Qué tipos hay? Vamos a profundizar en estos para conocer la arquitectura solar pasiva y como incorporarla al diseño.

Los sistemas pasivos son aquellos que no dependen de energías convencionales, formando parte de la propia construcción.

Los sistemas solares pasivos se emplean principalmente para captar, bloquear, acumular o transformar el calor procedente de la energía solar sin necesidad de sistemas eléctricos, para ello emplea los principios básicos de la física como la radiación, conducción o convección del calor.

Para alcanzar un confort dentro de las viviendas es necesario que se incorpore el control térmico, entendiendo con ello que se satisfagan las necesidades de calentamiento o enfriamiento. Los sistemas pasivos deben ser la primera respuesta.

¿Qué son los sistemas pasivos en arquitectura?

Los sistemas pasivos son aquellos que no dependen de energías convencionales, formando parte de la propia construcción. Los sistemas solares pasivos se emplean principalmente para captar, bloquear, acumular o transformar el calor procedente de la energía solar sin necesidad de sistemas eléctricos, para ello emplea los principios básicos de la física como la radiación, conducción o convección del calor.

Así pues, en contraposición con los sistemas pasivos, los sistemas activos consisten en la instalación de electrodomésticos y otra tecnología de ventilación calefacción en los edificios.  Por su parte, al hablar de sistemas pasivos nos referimos a decisiones de diseño estructural destinadas a reducir la generación artificial de energía. Algunos de los factores que tienen en cuenta los sistemas pasivos en arquitectura son la orientación del edificio, el aislamiento, las fugas de aire, las ventanas y la iluminación natural. En definitiva, los sistemas pasivos intentan aprovechar la ventilación natural.

El primer paso para diseñar con sistemas pasivos es conocer el clima del lugar en el que se encuentra. Los diferentes valores determinarán las técnicas pasivas que se pueden implementar. La temperatura y la radiación solar que va a incidir en la construcción serán los factores más relevantes en los sistemas de arquitectura solar pasiva. Se deberá tener en cuenta como varia la incidencia en la vivienda a lo largo del año, he intentar que se adapte a estos cambios.

¿Para qué sirven los sistemas solares pasivos?

Ganancias directas

Con estos se pretende ganar la máxima cantidad de radiación solar con la menor perdida de energía posible. Será necesario para ello un buen aislamiento la hermeticidad del espacio.

Dentro de esta tipología el sistema más sencillo es la captación a través de zonas acristaladas, es decir, a través de las ventanas. Las superficies de las mismas son dimensionadas según la orientación en la que se encuentre y la demanda requerida en el interior.

Para que este sistema alcance todo su potencial se recomienda que los elementos que recibirán la incidencia sean elementos masivos con ello se conseguirá que libren el calor de manera prolongada en el tiempo, según lo requerido se debe seleccionar el material que más se adecue.

Por el contrario, en climas cálidos es conveniente el bloqueo de estas entradas de radiación. Para evitar que entre la radiación y siga entrando luz natural a la vivienda se pueden emplear diversos elementos de protección.

Estos elementos pueden ser aleros, sistemas de lamas, pérgolas, toldos o vegetación en las inmediaciones a la vivienda. Los materiales y su color pueden ayudar reflectando la radiación, un ejemplo de ello es el color blanco que se ha empleado de manera tradicional en diferentes zonas como la mediterránea y que pueden conllevar un ahorro de aproximadamente el 20% en sistemas de refrigeración.

Ganancias indirectas

Las ganancias indirectas son un factor importante en la arquitectura solar pasiva. Estos sistemas convertirán la radicación solar en calor mediante la absorción de las superficies externas y transmitiéndose a los espacios habitables por conducción.

La forma más común de obtener estas ganancias es con muros de un espesor entre 15 y 40 cm. Estos deben ser de un material de elevada inercia térmica (ladrillo, hormigón, tierra, etc.). La cara exterior del cerramiento debe ser una superficie acristalada que permita crear una cámara de aire cerrada. La superficie exterior también puede ser de materiales con elevada absortividad y baja emisividad. El sistema más empleado es el muro trombe.

El muro trombe también se suele emplear con la cámara ventilada con aberturas al espacio interior. En ocasiones estas incluso tienen la posibilidad del control de según se requiera. Esta variación permite intercambios convectivos con el aire de la cámara y el espacio interior. Gracias al intercambio la temperatura del espacio interior aumenta más rápidamente.

Ganancias aisladas

Estas ganancias normalmente se alcanzan en la arquitectura solar pasiva con la implementación de invernaderos adosados. También se puede implementar en la cubierta. El sistema combina la captación directa y el muro acumulador.

Normalmente, los invernaderos se suelen colocar en la fachada sur (norte para el hemisferio sur). El espacio del invernadero permite una elevada captación de calor que se distribuirá por la vivienda por convección.

El problema del sistema es que también conlleva grandes pérdidas al ser el vidrio un buen transmisor del calor. Estas pérdidas son más comunes en la noche por la bajada de temperatura. Para restringir estas pérdidas pueden colocarse elementos como persianas o muros que separen el espacio del invernadero del resto.

Al diseñar estos sistemas se debe tener en cuenta el entorno, así como las edificaciones más inmediatas. Estos no solo pueden hacer que el sistema no funcione, sino que pueden suponer un ahorro económico.

El siguiente esquema muestra como incide el sol, la vivienda próxima determina la altura más baja de entrada. Esto permite determinar que no es necesario acristalar toda la pared. En ocasiones no contemplar eso puede llegar incluso a ser contraproducente.

¿Cómo funcionan los sistemas solares pasivos?

En términos generales, un sistema solar pasivo va recibiendo el calor a medida que se irradian rayos de sol sobre ventanas mirando al sur. Esta energía térmica la retienen materiales que almacenan el calor o masa térmica. Además, los edificios con sistemas solares pasivos bien ideados e implementados proporcionan luz natural durante todo el año y calor en estaciones del año más frías.

Los sistemas solares pasivos han de contemplar los siguientes elementos si quieren resultar efectivos:

• Orientación correcta de ventanas: Las ventanas que almacenan energía solar deben mirar 30 grados hacia el sur. Se ha de procurar que no queden eclipsados por otros edificios o árboles desde las 9 de la mañana hasta las 3 de la tarde. En épocas de mayor calor, deberían poder taparse para evitar que se sobrecalienten.
• Masa térmica: Con este término nos solemos referir a materiales como el cemento, el ladrillo, la piedra y la cerámica. Estos absorben el calor del sol y del aire caliente de dentro de la casa. Otras masas térmicas como el agua son más eficientes a la hora de acaparar el calor, pero los materiales de construcción estructural dan mucho mejores resultados.
• Mecanismos de distribución: El calor solar se transfiere desde donde se recibe y almacena hasta zonas diferentes de la casa mediante la conducción, convección y radiación. En algunas casas, son los ventiladores los que ayudan a distribuir el calor por diferentes espacios. Los colores más oscuros absorben mejor el calor que los claros, por lo que son una opción excelente de masa térmica en sistemas solares pasivos.
• Estrategias de control: Unos aleros medidos estratégicamente pueden proporcionar un poco de sombra parcialmente a las ventanas en los meses de verano. Entre otras alternativas encontramos dispositivos sensoriales como un termostato que apague los ventiladores de forma automática, conductos de ventilación que permitan o restrinjan el flujo de calor, cortinas de baja emisividad y toldos.

Además de la clasificación realizada se han de tener en cuenta diversos factores a la hora de proyectar. Influirán la incidencia de sombra, las repercusiones micro climáticas inclusive la distribución del espacio interior. Comprender todos los factores será fundamental para un aprovechamiento adecuado de la energía.

Estos elementos deben ser concebidos en la fase de diseño de un proyecto. Esto no implica que no se puedan aplicar en edificios existente. Serán el estudio del entorno y del espacio los que determinen que sistemas se pueden implementar.

La arquitectura solar pasiva aporta confort a la vivienda y disminuye el consumo eléctrico convirtiéndola en imprescindible para concebir un diseño arquitectónico.

¿Y tú los estás aplicando ya en tus proyectos?