Análisis del medio natural y estrategias generales de actuación

El sol y los factores que modifican la radiación solar. Determina el ángulo de obstrucción solar máximo posible en el solsticio de invierno con la condición de que haya al menos dos horas de sol, condiciona la orientación de las edificaciones, la altura de la edificación, la achura de las calles y la orientación de los espacios libres y plazas.

La vegetación. Selección de las especies y localización de las mismas para mejorar el microclima local. Influye sobre la humedad ambiental, la radiación, los controles frente al viento, el ruido y la contaminación y calidad del aire.

El viento y los factores que modifican su régimen general o local. Determinación de las zonas expuestas, abrigadas y canalización de los vientos dominantes del asentamiento para optimizar el diseño urbano y los usos del suelo.

El agua y la humedad. Localización y extensión de zonas húmedas o su proyecto para mejorar las condiciones de la humedad atmosférica local.

La geomorfología y los factores que modifican las variables anteriores. Condicionantes derivadas del soporte y modificaciones locales generadas por el soporte territorial, naturaleza de las rocas y características de los suelos, pendientes y exposición a la radiación solar.

La realización de la carta bioclimática local, es la base para poder saber pormenorizadamente las necesidades del asentamiento. Los intervalos climáticos que se proponen vienen determinados por la situación de la zona de confort, de invierno, primavera, verano y otoño, las cuales consideran el arropamiento y la adaptación metabólica del ser humano a cada estación.

Para cada necesidad existen unas estrategias generales de actuación que se detallan a continuación, y cuya intención se plasmará completamente en la Ordenanza Medioambiental Local del asentamiento. Se clasifican las estrategias atendiendo a las cinco necesidades prioritarias para alcanzar el confort urbano local.

Necesidad de radiación solar

La radiación solar es necesaria en los períodos con bajas temperaturas, en los intervalos climáticos de muy frío- frío- fresco determinados anteriormente para la localidad. Para obtener la radiación solar necesaria se pueden emplear las siguientes estrategias urbanísticas y arquitectónicas.

1.1. Captación de la radiación solar directa. Aprovechamiento de la radiación que penetra directamente en la edificación a través de los huecos y de la cubierta. Influyen:

• Orientación de la fachada. Máxima captación orientación sur y sureste y suroeste).
  
• Dimensiones de los huecos. Largo x ancho.
  
• Proporción hueco-macizo del paramento.
  
• Eliminar las obstrucciones solares urbanas producidas por la altura de las edificaciones enfrentadas y su relación con el ancho de las calles. (Ho)

Una misma edificabilidad puede materializarse con diferentes criterios de forma y orientación, algunos de los cuales influyen en la cantidad de energía solar recibida. Un edificio cúbico tiene una cantidad de energía solar incidente uniforme a lo largo del año. Al alterar sus condiciones de forma y orientación se obtienen las siguientes consideraciones [1] (para 40.N):

Condiciones formales de la edificación	Consecuencias sobre la energía incidente (Ei)
Extensión sobre las fachadas norte y sur	Ei aumenta mucho en invierno. Ei aumenta mucho en los equinocios, máximo anual. Ei aumenta poco en verano.
Extensión sobre las fachadas este y oeste	Ei aumenta poco en invierno. Ei aumenta mucho en los equinoccios. Ei aumenta muchísimo en verano, máximo anual.
Extensión sobre las fachadas sureste y noroeste	Ei aumenta mucho en invierno. Ei aumenta mucho en los equinoccios. Ei aumenta mucho en verano, máximo anual.

Esto significa que la orientación genérica más favorable cuando se necesitan altos valores de radiación en el invierno y moderados o bajos en el verano, es la que se origina con edificaciones de fachadas norte y sur.

En el centro de la península ibérica con inviernos fríos y veranos calurosos, conviene que la forma de las edificaciones sea alargada, con desarrollos máximos en las fachadas norte y sur. Las proporciones más recomendables son: fachadas norte o sur = 2; fachadas este y oeste =1/2. De esta forma se aumenta la energía solar recibida en el invierno y en los equinoccios y nada en el verano.

Si las condiciones locales tienen veranos no demasiado calurosos, como es el caso de la Sierra madrileña, las proporciones de fachadas óptimas son: fachadas norte o sur = 3; fachadas este y oeste = 1/3. Lo que ofrece mejores condiciones tanto en el invierno como en el verano.

Si las condiciones del clima local no requieren importantes aportes en el invierno las proporciones de la edificación pueden se menos alargadas que en los casos anteriores, pero siempre con las fachadas de máxima longitud en las orientaciones norte y sur. Así, pueden ser adecuadas unas proporciones de las fachadas norte o sur = 4/3 y este-oeste = 3/4, con lo que se disminuye la radiación solar incidente tanto en el invierno como en el verano.

1.2. Captación indirecta muro trombe. La radiación se aprovecha a través de algunos de los elementos constructivos del edificio. Influyen parámetros cuantitativos (espesor, densidad, n. de capas e inercia) y cualitativos (acabado superficial exterior). Imprescindible orientación sur.

1.3. Captación independiente: invernadero acristalado. La radiación incide en elementos externos e independientes del recinto a calefactar, penetra en un invernadero adosado a una pared del edificio. Imprescindible que esté orientado al sur.    

Necesidad inercia térmica: sistemas de acumulación

La necesidad de acumulación aparece con situaciones con temperaturas muy bajas, en los intervalos de muy frío- frío detallados previamente. Las estrategias de diseño para este fin son las siguientes:

2.1. Acumulación directa en muros perimetrales. Empleo de dispositivos para poder acumular la radiación solar directa procedente del sol, y cederla paulatinamente a lo largo de un período de tiempo retardado. La acumulación se realiza en las diferentes capas del cerramiento, según las capacidades caloríficas de cada elemento. Es necesaria la radiación solar directa sobre la fachada. Orientaciones sur, sureste y suroeste.

MURO	DESFASE horas	AMORTIGUACIÓN ONDA %	ENERGÍA PENETRA	K W/m2.C	MASA TÉRMICA BRUTA KJ/M2.C	INERCIA EFECTIVA %	MASA EFECTIVA KJ/M2.C
Piedra+Cám.+LHD+Y	7,86	93,8%	6,2%	2,24	809	26,5	214
M+LM24+Cám+LHD+Y	9,66	92,1%	7,9%	1,55	394	38,4	151
Piedra+Aisl 5+LHD+Y	8,71	90,8%	9,2%	0,62	761	7,0	56
M+LM 12+Aisl 5+Y	5,59	76,8%	23,2%	0,60	186	12,0	22
M+LM 24+Aisl 5+Y	9,25	92,1%	7,9%	0,55	346	13,7	47
M+LM 36+Aisl 5+Y	12,90	96,6%	3,4%	0,50	507	16,0	81
M+LM 24+Aisl 10+Y	10,50	93,6%	6,4%	0,31	348	9,0%	31
M+Aisl 5+LM 24+Y	9,25	92,1%	7,9%	0,55	346	85,0%	296
M+Aisl 10+LM 24+Y	10,5	93,6%	6,4%	0,31	348	89,0%	311

FUENTE: Elaboración propia

LEYENDA: M: mortero exterior; LM: Muro de fábrica de ladrillo macizo, seguido de su espesor en cm ; Ais: Aislamiento seguido de su espesor en cm; Y: tendido interior de yeso de 1 cm; Piedra: revestimiento exterior de piedra de 30 cm de espesor; Cám: cámara de aire de 5 cm de espesor; LHD: fábrica interior de ladrillo sencillo de 7 cm de espesor.

2.2. Acumulación en particiones interiores. A través de dispositivos de tabiquería capaces de ceder progresivamente el calor, una vez que ha sido captado del ambiente exterior.

2.3. Acumulación por dispositivos específicos. Elementos añadidos a los cerramientos idóneos para la acumulación. Por ejemplo bidones de agua, o tierra con calores específicos altos. Tiene el inconveniente estético sobre la fachada principal, pero estos se pueden subsanar diseñando convenientemente su disposición. Imprescindible que se orienten en la fachada sur, que es la que recibe más horas de sol al día.

2.4. Acumulación directa bajo el suelo. El depósito de calor es el terreno debajo de la edificación, pudiendo aprovechar tanto la energía solar como la geotérmica. Su temperatura es bastante estable entorno a 13.C. La cesión del calor se realiza por convención. El amortiguamiento de las oscilaciones térmicas va en función del espesor del terreno. Así, si se trata del intervalo día-noche oscila entre los 0,20 a 0,30 metros. Si se trata de varios días estará entre los 0,80 a 2,00 metros. Y en el caso de invierno-verano entre 6,00 y 12,00 metros.

2.5. Acumulación indirecta en cubierta. En los propios materiales que la constituyen. Se aumenta con la presencia de agua, cubiertas-estanque o con el aumento del espesor del forjado. El plano de la cubierta recibe una gran cantidad de radiación solar directa. Sistemas muy apropiados combinándose las situaciones del invierno con las del verano, con sistemas móviles de accionamiento manual o mecánico.

Amortiguamiento: es la relación existente entre la amplitud de onda de radiación incidente sobre una cara de un elemento y la amplitud de respuesta en la otra cara tras atravesarlo. Se da el % de amplitud de onda que se mantiene. El concepto de desfase que indica el período de tiempo entre el momento en el que una forma de radiación incide sobre un elemento y el momento en que tras atravesarlo es cedida al otro lado. Se mide en horas.
Inercia térmica: dificultad que ofrecen los cuerpos para cambiar el estado en el que se encuentran. Depende de la masa del elemento, su densidad y su calor específico.

Coeficiente de estabilidad térmica: Coeficiente de variación entre la temperatura exterior y la interior. Si es 1 la temperatura exterior es igual a la interior. Si es 0,50, la temperatura interior es la mitad que la exterior.
Desfase: tiempo que tarda la onda de calor en atravesar un cerramiento. En los cerramientos acristalados el desfase es nulo, ya que la trasmisión es inmediata. En los opacos, multicapa dependerá de los materiales, sus densidades y configuración para retardar su efecto.

Amortiguación de la onda térmica: rebote de la onda térmica de calor otra vez hacia el exterior, al desaparecer la radiación solar sobre el cerramiento. Casi todos los materiales constructivos alcancen altos valores de amortiguación, por encima del 60%.

Inercia térmica efectiva: masa térmica verdaderamente efectiva para el retardo de la onda de calor. Debido a la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior, se genera un gradiente entre ambas. Es muy significativo a la hora de colocar la capa de aislamiento en la composición del muro; si el aislamiento se sitúa por el exterior la masa térmica efectiva alcanza valores muy altos cercanos al 90%; si el aislamiento se sitúa entre el exterior y el tabicado interior, la masa térmica efectiva del mismo muro se sitúa en el 20%.

Las técnicas de amortiguación y desfase son muy convenientes, debido a que siempre existen grandes diferencias de temperaturas entre los períodos de día/noche o invierno/verano. Se trata de aprovechar la inercia de los materiales para tener una temperatura interior cercana al confort, y que no oscile con la variación de la temperatura exterior.

Necesidad de protecciones solares

Las protecciones solares son necesarias en aquellas situaciones de temperaturas altas. Muchas veces la protección se limita al período estival, por lo que se tendrá en cuenta la utilización de elementos móviles de protección solar. Los intervalos climáticos para su utilización son los de calor- mucho calor. Las estrategias más adecuadas son las siguientes:

3.1. Protección huecos exterior fija. Elementos de la fachada que protegen el hueco durante todo el año.

3.2. Protección huecos con umbráculos exteriores. Espacios anexos a la edificación formados por estructuras ligeras, pérgolas, celosías, etc a las que se les puede combinar la presencia de vegetación.

3.3. Protección huecos interior fija. Con elementos de persianas fijos que proporcionan sombra durante todo el año.

3.4. Protección huecos parasoles horizontales exteriores. Importantes para el control del sol de verano y dejan pasar el sol del invierno.

3.5. Protección huecos parasoles verticales exteriores. Importantes para las protecciones al amanecer y atardecer. Es conveniente que sean móviles para poder seguir la trayectoria solar.

3.6. Protección de fachada con aleros. Protección de la parte superior de los huecos de fachada con la presencia de aleros amplios. Impiden los sobrecalentamientos de la misma.    

3.7. Protección móvil exterior huecos (toldos). Beneficioso por las condiciones extremas del invierno y del verano, permite adoptar las medidas en las épocas necesarias exclusivamente. La disminución de temperatura de la superficie exterior tiene gran influencia en la distribución interior de la temperatura . Este efecto de disminución de temperatura puede conseguirse aumentando las cualidades de reflexión del paramento por medio de colores claros.

3.8. Protección móvil interior huecos (persiana). De múltiples materiales y eficaz, más si se despega de la fachada para que se pueda renovar el aire próximo a la misma.

3.9. Protección vegetación hoja caduca. Recurso muy ventajoso por las aportaciones de humedad, protección contra el viento, contra la radiación solar y la polución además con alto valor estético. Siempre se elegirán especies vegetales autóctonas, para garantizar su correcto crecimiento de acuerdo con las condiciones climáticas locales.

Necesidad ventilación natural y/o refrigeración pasiva

Indicada para aquellas situaciones de altas temperaturas y humedad ambiental. Intervalos de corrección de calor- mucho calor. Las medidas más sobresalientes son las siguientes :

4.1. Disposición de huecos enfrentados. Para aquellos períodos en los que se alcanzan altas temperaturas, y donde el efecto de la ventilación natural hace disminuir la temperatura efectiva sobre sus ocupantes. Es importante esta ventilación para aprovecharse de los efectos beneficiosos nocturnos del enfriamiento de la atmósfera. Disposición diagonal de puertas y ventanas. Hojas practicables no correderas. Petos y barandillas que dejen paso al viento. Importante considerar el régimen general y estacional de los vientos del asentamiento.

4.2. Huecos fachada con diferentes condiciones. Provocan la ventilación forzada las diferencias de presión de las fachadas expuestas y protegidas. En este sentido es interesante que las edificaciones tengan doble fachada, una hacia la calle principal y otra hacia el patio de parcela o patio de manzana. Los patios de manzana son muy beneficiosos para garantizar fachadas con diferentes condiciones. Por lo tanto las ocupaciones de parcela deben ser entorno al 40%.

4.3. Por succión vertical, torre de viento. Se consigue la ventilación forzada si hay vientos frecuentes e intensos. Se recogen a través de la torre del viento y se introducen en las edificaciones.

4.4. Aspiración estática (efecto Venturi). Con fuertes vientos y orientación adecuada la ventilación forzada se produce por el efecto Venturi. También es importante que el tejido urbano tenga baja ocupación.

4.5. Disipación calor muros por convención. Para enfriar con alta masa térmica. Efectuada por la noche se produce un enfriamiento del muro por convección con la masa de aire que rodea al edificio.

4.6. Disipación calor por la cubierta. Además de la convección se produce una irradiación de energía hacia la bóveda celeste. Se mejora la disipación con aislamientos móviles de protección contra el calor diurno. Se puede combinar con las técnicas de captación solar por la cubierta, con los adecuados mecanismos de control.

4.7. Disipación por transmisión por el suelo. Cuando el edificio se encuentra en contacto directo con el terreno, el enfriamiento se produce por transmisión desde el edificio al terreno.
    
4.8. Enfriamiento nocturno por alta inercia térmica. Aprovechamiento de los sistemas de acumulación y desfase temporal, para beneficiarse de las bajas temperaturas nocturnas y procurar su estabilidad a lo largo del día. Aconsejable para las altas temperaturas que se producen en verano, muy lejos de la zona de confort. Sus mecanismos de ejecución son:

• Aislamiento exterior de los cerramientos. Gran beneficio al colocar el aislamiento en la cara exterior de las fachadas.
  
• Particiones internas pesadas. Se aprovecha la inercia de los tabiques de separación.
  
• Muros enterrados o semienterrados. Cuando el edificio se encuentra en contacto directo con el terreno, el enfriamiento se produce por transmisión desde el edificio al terreno siempre a menor temperatura.

• Presencia de vegetación frondosa. Por la evapotranspiración los árboles enfrían el ambiente circundante. Los de hoja caduca no perjudican los valores del invierno.
  
• Presencia de surtidores o láminas de agua. Cercanos a los huecos o en el interior de las edificaciones.
  
• Patios con estanques o fuentes. Son focos de humedad y frescor para los recintos.

4.11. Trama urbana con huecos intersticiales. Ocupación de las manzanas media-media baja, para que existan siempre patios de manzana y en la medida de lo posible complementarlos con patios de parcela. Se favorece la disposición enfrentada de los huecos y se facilitan los fenómenos de ventilación enumerados anteriormente.

Cuadro resumen de las posibilidades de intervención

Necesidades según las condiciones climáticas locales	Posibilidades de intervención
I. Necesidad de radiación solar o calor	Captación solar directa huecos de fachada. Control de las dimensiones de los huecos. Proporción de hueco-macizo de las fachadas. Eliminación de obstrucciones solares. Captación indirecta muro trombe. Captación independiente: invernadero acristalado
II. Necesidad de acumulación	Acumulación directa en muros perimetrales. Acumulación en particiones interiores. Acumulación por dispositivos específicos. Acumulación directa bajo el suelo. Acumulación indirecta en cubierta.
III. Necesidad de protecciones solares	Protección de huecos exterior fija. Protección de huecos con umbráculos exteriores. Protección por vegetación de hoja caduca. Protección de huecos interior fija. Protección de huecos con parasoles horizontales / verticales exteriores. Protección de la fachada con aleros. Protección móvil exterior, toldo. Protección móvil interior, persiana.
IV. Necesidad de ventilación o refrigeración pasiva	Disposición enfrentada de huecos. Huecos en fachadas con distintas condiciones. Existencia de patios interiores en la edificación. Baja ocupación de las parcelas. Presencia de vegetación frondosa. Por succión vertical, torre del viento. Presencia de surtidores o láminas de agua. Aspiración estática, efecto Venturi. Disipación del calor de los muros por convención. Disipación del calor de la cubierta. Disipación por transmisión por el suelo. Enfriamiento nocturno por alta inercia térmica. Enfriamiento por evaporación. Conductos enterrados con agua. Trama urbana con huecos instersticiales

FUENTE : Elaboración propia

Se resumen a continuación las principales estrategias para el acondicionamiento pasivo urbano con dos líneas principales de intervención: cuando es necesario el calentamiento pasivo, y cuando es necesaria la refrigeración pasiva.

Estrategias para el acondicionamiento pasivo urbano Necesidad de calentamiento pasivo

Orientación sur, sureste de las edificaciones. Mejorar el aislamiento de los muros perimetrales. Huecos con cristales dobles. Dimensión de los huecos de acuerdo con la orientación, máximo sur, mínimo norte. Utilización de invernaderos en fachadas sur. Altura invernaderos de 5,00 metros para favorecer corrientes convectivas. Patios interiores acristalados. Cubiertas de colores oscuros y muy bien aisladas. Alta inercia térmica en los muros exteriores, desfases superiores a 8 horas. Colores claros en los acabados superficiales circundantes a la vivienda para reflejar la radiación solar. Tejido urbano compacto, con altas ocupaciones. Manzanas alargadas o cuadradas, sin patios de manzana Parcelas con ocupaciones > 50%. Altura de la edificación en relación con el ancho de calle y según el ángulo máximo de obstrucción solar. Viviendas pasantes, con espacios vivideros orientados en la fachada sur. Aislamiento de los forjados o soleras en contacto con el terreno. Presencia de vegetación frondosa para aumentar la humedad ambiental. Manzanas alargadas con fachadas principales en las orientaciones norte y sur. Existencia de patios de manzana. Parcelas con ocupaciones < 50%. Altura de la edificación en función del ancho de las calles. Canalizaciones de los vientos dominantes a través de las calles.

FUENTE : Elaboración propia

Estrategias para el acondicionamiento pasivo urbano: Necesidad de refrigeración pasiva

Reducir las ganancias de calor internas. Aislamiento de los cerramientos exteriores. Colores claros en los cerramientos exteriores. Cubiertas de colores claros. Sombreamiento eficaz sobre todos los huecos. Niveles medios de inercia térmica de los cerramientos. Reducir la infiltración de aire exterior caliente. Dimensiones de los huecos y disposición para favorecer la ventilación cruzada. Aprovechar los mecanismos naturales para rebajar la temperatura del aire exterior. Evaporación de agua, en láminas, surtidores o fuentes. Conductos enterrados bajo el subsuelo. Cubiertas estanque. Retención y aprovechamiento del agua de lluvia.

FUENTE : Elaboración propia

Esther Higueras

Fecha de referencia: 22-07-1998