Introduccion A La Arquitectura Bioclimatica PDF
Introduccion A La Arquitectura Bioclimatica PDF
Introduccion A La Arquitectura Bioclimatica PDF
a la
Arquitectura Bioclimática
Introducción
a la
Arquitectura Bioclimática
UNIVERSIDAD
AUTO NOMA
J/;l\
METROPOUTANA
1. Arquitectura bioclimática
INTRODUCCIÓN A LA ARQUITECTURA
BIOCLIMÁTICA
DERECHOS RESERVADOS:
HECHO EN MÉXICO
ISBN-13: 978-968-18-6212-1
5.1
Contenido
Presentación 7
Introducción 9
El clima y la arquitectura 11
Factores del clima
Elementos del clima
Análisis e interpretación del clima
Sistema de agrupación de ciudades para diseño bioclimático
La arquitectura de tierra 79
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
Bibliografía 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
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
15 El clima y la arquitectura
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.
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 media men-
temperatura o la humedad del aire, e incrementar los niveles de ruido y sual de julio de 2000,
contaminación de agua, suelo y aire. Estos cambios también son dinámicos y se promedio 26.7°e
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 ºC
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.
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 ºC ºK ºF
Ebullición del agua 100 373 212
Fusión o congelamiento del agua o 273 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
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 1O
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
2
expresada en kwh/ m •
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
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).
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.
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.
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
6 Víctor Olgyay, op. cit.
mayor al rango superior de la zona de confort universal que es 26ºC. Se consideran
Aparece por primera vez el
concepto de confort térmico los grados que sobrepasaron el rango de confort y se multiplican por el número de
y zona de confort en el libro. días que tiene el mes que se está analizando.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 24
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.
A Tropical lluvioso
B Seco
Bw Desértico
Bs Estepario
e Templado lluvioso
AC Transición
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 Boreal
E Frío Polar
Con estos seis grupos se obtienen las zonas de los siguientes climas:
8 V. Fuentes, A. Figueroa,
Menores de 650 Criterios de adecuación
Bioclimática, México,
Frío seco Templado seco Cálido seco IMSS,1990.
27 El clima y la arquitectura
650mm
Frío Templado Cálido
1000 mm
Frío húmedo Templado húmedo Cálido húmedo
21 ºC 26 ºC
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.
@ s
En ocasiones la orientación propuesta era muy conveniente, pues coincidía con la Plano fundacional de la
utilizada en la traza de los asentamientos prehispánicos, y en consecuencia se ciudad de Mendoza en
sobreponen, como es el caso de la ciudad de México. La referencia de que los Argentina (1562); los ejes
pórticos son muy necesarios se relaciona con la tradición mediterránea para cardinales determinan la
orientación de las calles,
protegerse de los asoleamientos de verano y la lluvia de invierno.
publicado en Urbanismo español
La plaza central y la orientación definida de la traza tenían una trascendencia enAmérica, p. 221
definitiva sobre la localización de los principales edificios públicos ubicados en
ella: 1 Las ordenanzas de Felipe
II se componen de 148
... En las ciudades del interior, la iglesia no debe situarse en elperímetro
artículos, divididos en tres
de la plaza, sino a una distancia suficiente como para estar libre, separada grandes apartados, en el
de los demds edificios de forma que pueda ser vista en todo el contorno ... segundo, De las Nuevas
Poblaciones, artículos del 11 O
al 13 5, se encuentran las
... El hospital de los pobres, donde se hallan los enfermos no contagiosos, referencias respecto a los
se construird en el lado norte, de forma que esté expuesto a Sur... aspectos físicos y de trazo.
... Las parcelas edificables alrededor de la plaza no deben ser concedidas 2 Retomado de
L. Benevolo, Diseño de la
a los particulares, sino reservadas a la iglesia, a los edificios reales y Ciudad, Barcelona, Gustavo
municipales, las tiendas y las casas de los mercaderes, que deben ser Gili,Vol 4,1982, pp.112-116.
construidas las primeras . .. 3
3Idem.
35 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
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 Arquitectura 12 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, afin 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
... Tocante a la posición del templo, los antiguos ponían el altar hacia el Iglesia en Oltaszyn, Polonia
sol oriente, la cual cosa nosotros los cristianos no respetamos; pero en (1450), orientación del eje
cualquier lugar que se hiciere el templo, su fachada principal se pondría de composición dominante
hacia la plaza, o bien sobre el camino más noble16 en el sentido este-oeste
regula la traza ortogonal. Al examinar la orientación de diversos sitios en 17 C. Borromeo, op. cit.,
Mesoamérica se encuentra una desviación similar del eje. Un segundo eje de p. XXll.
composición se establece en el eje este-oeste (16° 30' al sur del este), respecto al cual
18 l. Marquina, Arquitectura
está orientada la fachada principal de la pirámide del sol, la del poniente, como en Prehispánica, México, INAH-SEP,
la mayoría de los templos solares en el área de Mesoamérica. 18 1951, pp. 61-62.
41 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
--
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
S\ de 20° por un plano inclinado sobre el horizonte astro-
nómico antes de poderse ver entre los dos templos que
Teotihuacán pirámide del ocupan la parte superior del Templo Mayor, desde el punto de observación. Sin duda,
Sol, orientación del eje de esto resulta de la intención de celebrar eventos rituales, donde el orto equinoccial jugaba
composición dominante en
el papel predominante, situación que a su vez daba una preferencia formal y espacial a
el sentido este-oeste
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):
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
22 M. Sánchez de Carmena,
op.cit., p. 80, donde retoma a climatológicas del lugar. En el altiplano predomina la localización del
Gómez F. que a su vez hace claustro en el lado sur del templo. Esta ubicación permite evitar el sombreado
la cita textual de Gerónimo que pudiera provocar la masa del templo en el edificio conventual, sobre
Mendieta.
todo en el periodo invernal, cuando la posición del sol se inclina hacia el sur
23 C. Borromeo, op. cit., p.95. y la necesidad de obtener ganancias térmicas es importante. Adicionalmente el
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 44
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
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
45 Orientación y emplazamiento en la arquitectura
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
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 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
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
Los Trilitos de Stonehenge 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 elpar de piedras que forman la entrada.
La posterior era elpar de piedras que formaba el trilito. Utilizando este sistema encontramos
1 B. Fletcher, A History of algunos alineamientos de las posiciones críticas de los principales astros celestes:
Architecture, Londres,
Butterworths, 1989, la puesta del sol en el solsticio de invierno, la puesta del sol en el solsticio de verano
pp. 200-204. y los ortos lunares de invierno y verano.'
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 52
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-
Xochicalco, fenómeno
ciones diseñadas exclusivamente para la observación del Sol y de su trayectoria en
luminínico el día del
equinoccio de primavera
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 tradiciones y cierto romanticismo provocan propues-
21 de septiemrrc y 21 de man:o
tas contemporáneas de edificios o megainstrumentos
::::;.> '!,¡-,
Templo E-1 ~
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.
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
Uaxactún, observatorio gran obelisco de planta cuadrada colocado sobre un basamento piramidal, todo ello
solar, diagrama de las envuelto por un conjunto amurallado. Predominan dos ejes de composición: uno,
posiciones crí ricas 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
4 L. Benevolo, Diseño de la utiliza un elemento horizontal al que se le relaciona con el orto solar. Consiste en
Ciudad 2, Barcelona,Gusravo
Gili, 1981, pp. 39-40.
un conjunto de edificios sobre una misma plataforma; en el lado occidental se
B. Flercher, op. cit., pp. 34-64 encuentra una pirámide que mira hacia el este y frente a ella se erigen tres templos
S. Kosrof, A History of sobre una terraza, con sus fachadas en fila de norte a sur y arregladas con-
Architecture, Nueva York,
Oxford Universiry Press, pp. venientemente para establecer las visuales que se obtienen desde ciertos puntos del
67-89. eje central de la escalinata oriental de la pirámide, en el lado occidental de la plaza.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 54
Solsticio de verano
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- Ajuste de la 23° 44'
Latitud
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 Solsticio de verano
efectos de este trabajo serán de nuestro interés los
modelos físicos y los modelos numéricos que tratan de reproducir la trayectoria solar y
sus efectos sobre las edificaciones. Diagrama con los principios
de funcionamiento del
heliodón de Dufton y
Modelos físicos de simulación de la trayectoria solar
Beckett
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 7 K. Cheung, Dufton and
Beckett heliodon The
rápidamente, y que permite comparar, corregir o transformar fácilmente. University of Hong Kong,
Los modelos de simulación de trayectoria solar requieren de la utilización 1997.
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
Termoheliodón realizado en
lugar.
la Universidad de Princeton
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
57 Observación de la trayectoria solar
Periodo Espejo
(
inclinable en función de la latitud deseada, y que está
'º' !
Hora del día }
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
Helioscopio, desarrollado por el Centro Experimental de
la Construcción en Sydney, Australia condiciones exteriores, incrementa las posibilidades de
desarrollo de investigación en este campo. En su interior
El heliodón de la Universidad de California (Berkeley), las maquetas o modelos físicos pueden ser evaluados en su
movimiento de la plataforma 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 1uz.
El gran problema de estas máquinas de simulación
de la trayectoria solar es la divergencia de los rayos
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 58
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.
ºN
Esfera
celeste
solar, mostrar las sombras proyectadas de elementos verticales y horizontales; Pantalla principal del
como es lógico, a partir de esa información también el ángulo de incidencia solar. programaMacHeliodón.
Proyección de la sombra de
Algunos programas, Lightscape o Radiance, realizan cálculos y simulaciones de
una marquesina de 1.5 m a
iluminación natural en exteriores e interiores. una altura de 2.49 m, en la
En un inicio se utilizaron cálculos matemáticos, relativamente sencillos, Ciudad de México, el 15 de
cuyo objetivo principal es realizar las operaciones pertinentes para obtener los octubre, a las 12 horas con
ángulos solares de cualquier día y cualquier lugar. En la actualidad encontramos, orientación sur, este y
nor-oeste
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),
63 Observación de la rrayecroria solar
r.;;-:;:;;--¡ fl N
~os
~OE
=----iew
O Oayllght Soutngs
izq. Imagen tridi- son poco prácticos para efectos proyectuales, pero útiles si se usan con fines
mensional con sombras didácticos ya que muestran con claridad la relación que existe entre latitud, horario
proyectadas y propias del
y declinación. Otros como MacHeliodón ya están concebidos para apoyar el diseño
programa Desing Workshop
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
der.Cuadro interactivo de
la utilería Set Sun Position función de los ángulos de incidencia. La segunda se utiliza para determinar las
del programaMiniCad 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
1 Benevolo L., op. cit., p.169.
las Monjas de Uxmal donde existen espacios semiporricados parecieran ser Sophia y Stefan Behling, Sol
ejemplos que se acercan más al concepto de control solar. Power, Preste] Munich, 1996,
P. 97.
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
2 D. Hoag, Arquitectura Isldmica,
incidencia de los rayos solares en la arquitectura de las diversas regiones del
Aguilar/Asuri, 1980, pp. 55-
mundo, de acuerdo con sus condiciones climatológicas particulares. 66.
69 Control solar en la arquitectura
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 Control solar en la arquitectura
Pórtico
Persiana
Faldón
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 74
Pantalla
Pérgola
Toldo
Techo escudo
'~
11
¡ 1 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
Muro doble
un elemento separado.
11 11
Marco Celosía
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.
11 11
Nuevos acristalamientos
Nuevos acristalamientos
En la actualidad se cuenta con nuevos tipos de acristalamiento
11
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.
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
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 afirman 4 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 4 Esta información se cita en el
texto Las arquitecturas de tierra
de los elementos constructivos, así como durante la propia edificación. El agua (Centro Georges Pompidou-
cumple dos funciones básicas: en primer lugar permite el desplazamiento de los INAH, 1985: 12).
85 La arquitectura de tierra
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
Corral construido con
adobe cerca del poblado de con alta densidad. La materia que lo compone tampoco es adecuada para construir,
Balleza en el estado de debido a su homogeneidad granulométrica y dificultad de compactación. Sin
Chihuahua
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).
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
6 Bardou (1979: 29) denomina
a esta técnica "bolas o panes de ningún tipo de molde, gavera o cimbra. El barro se toma con las manos, presionándolo
de tierra''. 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 7 Tomado del texto de 1790
de Ftan~ois Cointeteaux,
toda la estructura. Cada capa puede recibir a la siguiente hasta después de que ha Les cahiers de l'Ecole de
pasado el tiempo necesario como para permitir su secado y así evitar que el peso de Architecture Rurale,
las secciones superiores provoque el derrame de las inferiores. Los muros se van (Doat, 1996: 19).
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 Fabricación de una sección
de manera paulatina dentro de la cimbra requieren poca cantidad de agua para de muro de tapial
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,
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.
8 Hays (1984: 138) tomó
La tercera técnica constructiva que se conoce es el "adobe", y ha sido la
estos datos durante una
experiencia realizada en el de uso más frecuente en nuestro país y en el resto del mundo. Seguramente el
Perú. origen de los ladrillos de adobe lo podemos encontrar en amasijos de barro
9 Estos datos fueron repor- burdamente modelados y secados con ayuda del aire y el sol. Históricamente han
tados por Doat (1996:60-61). existido adobes de muy diversas formas, dependiendo básicamente del molde que
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 90
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 92
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 94
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
Vivienda tradicional en manera "natural", como en países desarrollados donde cada vez, con mayor ahínco,
Texcalpan, Morelos 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 96
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
1 Cf. Víctor Fuentes y combinado de los flujos convectivos, con el efecto de rotación terrestre. En el
García, Roberto. Viento y
Arquitectura. México, Trillas, movimiento del aire, tanto su velocidad como su dirección están gobernadas por
1995. una combinación de cuatro fuerzas básicas: 1
Introducción a la Arquitectura Bioclimárica 104
Brisa Terral
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.
5 Arthur Bowen, Design
La cantidad de aire necesaria por una persona dependerá del tipo de acti-
Guidelines on Vertical Airjlow in vidad que esté desarrollando y de la calidad del aire disponible. Un aire puro
Buildings mzd Urban A reas, contiene una proporción de 0.03% de C0 2 , pero en zonas urbanas esta concentra-
Proceedings of PLEA'84,
México, Pergamon Press, ción puede elevarse hasta 0.07 o 0.1 %. Los efectos nocivos se empezarán a presen-
1984, p. 179. tar al rebasar esta última cifra. Si un adulto en reposo emite aproximadamente
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 106
0.015 m 3/h de co2 tendremos que una persona requerirá 30 m 3/h de aire puro, 6 Fernando Tudela,
Ecodiseño. México,
pero esta cifra se puede elevar hasta 50 m 3/h si el aire es de tipo urbano. 6 Universidad Autónoma
Metropolitana, Xochimilco,
Confort 1982, p. 20 l.
Si bien es cierto que la renovación de aire es de viral importancia para la salud, en 7 Cf. Víctor Olgyay, op. cit.,
términos de confort, los simples cambios de aire no ayudan en casi nada. El confort p. 103.
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.
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)
Resultado de las presiones sufra el aire, más se reducirá su velocidad.
del viento
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 aire 9 (m 3 /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 (m 2 )
e ángulo que forma la dirección del viento y el plano de la abertura
to. Por consiguiente, la sombra del viento será más ancha, la presión negativa (efecto 12 Mark & Buck, Charles
de succión) aumenta y el flujo del aire interior se incrementa. Schroeder, op. cit.
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.
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
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, C0 2 , 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)
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
111 La ventilación en la arquitectura
Diagrama de un Iglú,
Memorias del curso de
VIENTO DEL NORTE actualización sobre el
aprovechamiento de la
energía solar en las
edificaciones. Bufete de
Tecnología Solar, S.A.,
México D.F., 1981
R=13
AISLANTE TERMICO
EQUIVALENTE A S cm
DE POLIESTIRENO
10
VARIACION DE LA TEM,PERATURA
ENUNIGLU
¿:
Oí
::>
·10
- - - - TEMPERATtlRA DEt. AIRE EH EL TECHO {IHT.)
~
"•••• • • ••• TEMPERATURA DE LA PLATAFORMA ·20
- · - TEMPERATIJRA.OELPtSOANIVEL
-30
- - TEMPERATURA MtSIENTE EXTE.RIOR:
~ 40
6:00 12:00 18:00 24:00 6:00
Arquitectura Contemporánea
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. Edificio Torre Turbina. Richard Rogers
113 La ventilación en la arquitectura
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- Esquema del sistema de
ran de las plantas. ventilación
117 La ventilación en la arquitectura
Torre RWE en Essen, El edificio ARAG, de Norman Foster, también emplea el mismo sistema
Alemania, corte y fachada
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 118
Centro de exposiciones en
Linz, Austria, Thomas
Herzog
119 La ventilación en la arquitectura
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 mo-
vimiento 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.
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 Onda VHF UHF RADAR Infrarroja Infra. LUZ Ultra- Rayos X Rayos g Rayos
Corta Larga Corta VISIB Violeta Cósmicos
Km m cm mm um nm pm fm
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 iluminancia 2 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.
•Intensidad
•Color
•Tipo de fuente luminosa
•Ubicación
•Distribución
•Superficies reflejantes de la luz
Intensidad luminosa
Unidad básica del Sistema Internacional de Unidades. Se define como la intensidad
de un cuerpo negro emisor uniforme de 1/60 cm 2 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 (m 2), es
5 Un ángulo sólido es la por-
ción de un espacio alrededor decir lm/m 2 , que equivale a la unidad de iluminancia en el Sistema Internacional
de un punto circundado por de Unidades: el lux. También, iluminancia (I) es la densidad o concentración de
una superficie cónica cuyo flujo luminoso sobre una superficie, 1 lm/m 2 = 1 lux.
vértex está en el punto. Se
expresa en steradians. 1 can- Es importante mencionar que la iluminancia de una fuente puntual (por
dela = 1 lumen/steradian. ejemplo una lámpara) disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto se conoce
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 132
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:
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/m 2, 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/m 2 = 3.14 asb. Luminancia también indica el valor de la sensa-
ción de luminosidad que el ojo humano tiene de una superficie (cd/m 2).
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/m 2 , es decir por 500 lux,
la luminancia resultante será igual a 250 candelas/m 2 ( 500 lux x 0.5 = 250 cd/m 2 ).
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 Temperatura
Rojo 800-900 ºK
Amarillo 3000 ºK
Blanco 5000 ºK
Azul 8000-10 000 ºK
Azul brillante 60 000-100 000 ºK
·e(frfic1os
punto de
Cjrcundanrc.s
tarea vrsual
de referencia
w
2.5 2.s
2 2
1.5 LS
Sección típica de la bóveda
s N
celeste para un cielo nublado
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
Los factores que afectan el diseño de la luz natural en las edificaciones incluyen:
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
•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
Tiendas de ensamblaje
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
Edificios religiosos
Nave 100
Coro, altar, púlpito 300
Edificios habitacionales
Recámaras:
General 50
Cabecera de la cama 200
Baños:
General 100
Área de maquillaje y afeitado 500
Salas:
General 100
Lectura, costura 500
Comedor:
General 100
Comida 300
Escaleras 100
Cocinas:
General 300
Áreas de trabajo 500
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 144
Edificios
de oficinas
Archivo y área administrativa 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Salas de conferencias 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Privados 0.85 0.75-D.85 0.30-D.75
Áreas de cómputo 0.85 0.60-0.85 0.30-0.75
Talleres de dibujo 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Baños 0.85 0.60-0.85 0.60-0.85
Circulaciones 0.85 0.75-0.85 0.60-0.85
Edificios educativos
Talleres, bibliotecas y
salones de lectura 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Salones de clase 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Salas de conferencias 0.85 0.75-0.85 0.30-0.75
Baños 0.85 0.60-0.85 0.60-0.85
Circulaciones 0.85 0.75-0.85 0.60-0.85
Tabla d. Coeficientes de
reflectancia en superficie
Color en superficie Coeficiente de reflectancia
constructivas típicas
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 1umínicos:
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
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 4 Véase el trabajo
demostrado que la eficiencia del sistema disminuye si en lugar de dos capas de Características del Vidrio en
vidrio se emplean tres o más, debido que el efecto global de la reducción de la México, en el Anuario de
Estudios de Arquitectura
radiación es más importante que la reducción de pérdidas del sistema. Esto se Bioclimática, Vol. 11, México,
comprende fácilmente si comparamos: UAM, 1998.
153 Colectores solares
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.
con mínimo mantenimiento y asombrosos ahorros económicos. Nunca se le "acaba izq. Centro Comunal
el sol", no tiene partes móviles, por lo que no hay que engrasar ni cambiar nada, Miyasaka,
Miyasaka, Japón
no tiene ningún botón o perilla, por lo que no tiene nada que ajustársele.
Arquitectos: Nozawa,
Los colectores solares se han usado durante varias décadas de manera masiva en Masamitsu Architects and
lugares como Israel, Japón y Grecia; países que comparten características de climas no Associates.
muy severos y falta de petróleo. Los sistemas han funcionado muy bien en cientos de Detalle de la instalación de
miles de hogares. Para ello debemos recordar que un colector solar no es un la cubierta, obsérvese que
una parte funciona como
calentador de gas o eléctrico y por tanto no puede ser usado de la misma manera.
colector y la otra como
En primer lugar, el agua caliente no debe ser desperdiciada, por lo que es reflector
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 der. Axonométrico del
dos horas. Por lo que otro requisito necesario es que los usuarios deben procurar que el sistema de colecrores
mayor consumo de agua caliente se dé en la mañana, cuando el sistema dispone de solares de la cubierta
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
159 Colectores solares
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
Centro Comunal Miyasaka, día en un clima templado como Cuernavaca es de 4 800 pesos (480 dólares), el
Japón, Arquitectos: costo de un calentador automático es de 1 800 pesos (180 dólares) y el costo actual
Nozawa, Masamirsu
Architects and Associates. del gas es de 3.25 pesos (0.33 US) pesos por litro. Una familia pequeña consume
Vista del sistema de paneles cerca de 40 litros de gas al mes en calentamiento de agua (baño y lavado de ropa).
solares desde la calle 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
7 Véase Anibal Figueroa,
Evaluación de la Vivienda cmco a diez años, un sistema solar ahorra mucho más de lo que cuesta, y es una
Bioclimdtica. La Luna a tres aftas de excelente inversión a mediano y largo plazo.
operación. ANES, 1995.
En algunos otros estudios reportados en la literatura, los tiempos de
8 Héctor Riveras, et al. Colectores recuperación varían en función del clima y del costo del equipo instalado. Para la
solares y consumo de gas en la Ciudad Ciudad de México el equipo de Riveros, Mendoza, Riveros y Lara, del Instituto de
de México, en Memoria de la XXII
Semana de la Energía Solar,
Física de la UNAM, reporta tiempos de recuperación de la inversión desde 12 meses
Mexicali, ANES, 1998. hasta 6 años. 8
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 160
izq. Casa en Oshima Es inexplicable que siendo México un país con abundancia de radiación solar y
Tokyo, Japón condiciones climatológicas muy favorables, los sistemas solares no se hayan
Arquitecto: Yoshio Kato.
popularizado como una opción más económica para el calentamiento de agua
Vista de la casa con un
sistema de páneles solares doméstica. Si bien es cierto que no se pueden usar en cualquier parte y que presentan
integrados a la cubierta 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
der. Le Lievre d'Or
Dreux, Francia. solares deben dejar de ser "prototipos" experimentales para convertirse en
Arquitectos: Grupo productos industriales confiables y económicos.
AURA, D. Perinic, K. El conocimiento y la experiencia acumulados mundialmente sobre estos
Beluard. sistemas es tan amplio, que permiten prever un amplio espectro de situaciones de
Vista del proyecto de
operación e instalación y demostrar que su uso es perfectamente factible.
remodelación urbana que
integra colectores solares e Los colectores solares son una tecnología bien conocida, su fuente energética es
invernaderos a la fachada completamente limpia y sustentable, su costo los hace rentables a mediano plazo; en fin,
sur 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 considerablemen-
te 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
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.
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
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. 7 Balance Nacional de Energía de
1997. Secretaría de Energía,
TARIFA 1-A (servicio doméstico para localidades con temperatura media míni- Dirección general de
política de desarrollo de
ma en verano de 25°C ) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la energéticos, primera
energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residen- edición, 1998.
171 Normatividad energética en la arquitectura
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.
Normas
Concepto Elementos regulados No.de Norma
emitidas
Normas
Concepto Elementos regulados No.de Norma
emitidas
NOM-008-ENER-1995
8 CoNAE. Anteproyecto de la
Actualizada hasta 1997
NOM-008-ENER-l 995.
Esta norma propone que se diseñe la envolvente de los edificios no residenciales (Anteproyecto de la norma
con el fin de hacer un uso racional de la energía en los sistemas de enfriamiento, y oficial mexicana), Eficiencia
energética en edificaciones,
aplica a edificios existentes, edificios nuevos y ampliaciones. norma para la envolvente
Permite reportar el cálculo del presupuesto energético, el cálculo de de edificios no residenciales,
transferencia de calor global y los valores de conductividad y aislamiento térmico documento de la Comisión
Nacional de Ahorro de
para los materiales de construcción más comunes. 8 Energía 1997.
NOM-020-ENER-1997
Actualizada hasta 1999
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
9 CONAE. Anteproyecto de la enfriamiento y con ello el mejoramiento de las condiciones de confort del usuario.
NOM-020-ENER-J 997
(Anteproyecro de la norma Esta norma limita la ganancia de calor de las edificaciones a través de su
oficial mexicana), Eficiencia envolvente, con el objeto de racionalizar el uso de la energía en los sistemas de
energética en edificaciones,
enfriamiento.
norma para la envolvente
de edificios no residenciales, Aplica a todas las edificaciones nuevas de tipo habitacional hasta de
documento de la Comisión tres niveles y las ampliaciones que se realicen a edificaciones habitacionales ya
Nacional de Ahorro de
existentes. Pretende un beneficio directo en la reducción de la facturación del
Energía (1997).
consumo de energía eléctrica para el usuario.
Edificio representativo de la NOM-020 material para Gcp = Ganancia de calor del edificio proyectado
promoción de la CoNAE Gcr = Ganancia de calor del edificio de referencia
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 176
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.
caracterizado específicamente. El problema consiste en determinar los parámetros 2 L.Gremer, H.A. Muller y
acústicos para un recinto con una actividad determinada. ¿Qué ámbito está en T Schu!tz, Principies and
confort y cuál no está? applications ofroom acoustics;
2 vol., Applied Science
El problema sugiere que una combinación de factores permite que un Publishers, 1982.
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 3 Ver como ejemplo páginas
de internet, www.texaa.com/; y
pregunta es ¿qué combinación de factores determinan las condiciones adecuadas www. candy. delevents/a_klassel
en un recinto para una actividad? acoustic.htm
183 Confort acústico en la arquitectura
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.
Ambiente/foente sonora
NiveldBA
Exteriores Interiores
biblioteca 68
cuarto de máquinas 88
120 es doloroso
15 S. V. Szokolay, Environmen-
tal Science Handbook, The Con-
srrucrion Press, 1980.
189 Confort acústico en la arquitectura
Tab/,a 4. Límites de exposición permisible a niveles de presión sonora en dBA, según OSHA 16
8 90
6 92
4 95
3 97
2 100
l.~ 102
105
0.5 110
Material NRC
Tabique
No vidriado 0.05
No vidriado pintado 0.00
Alfombra
1/8" altura de pelo 0.15
114" altura de pelo 025
3116" altura de pelo y bajo alfombra 0.25
5/16" altura de pelo y bajo alfombra 0.30
Block de concreto
Pintado 0.05
Rugoso 0.35
Telas
Velour liviano, 340 gr/m 2 colgada directo sobre la superficie 0.15
Velour mediano, 475 grlm 2 colgada en la mitad del área 0.55
2
Velour pesado, 610 gr/m colgada en la mitad del área 0.60
Pisos
Concreto o terrazo 0.00
Loseta Linoleum, asfalto, hule o corcho sobre concreto 0.05
Madera 0.10
Parquet de madera en asfalro sobre concreto 0.05
Vidrio
6 mm, sellado en grandes paneles 0.05
Ventanas operables cerradas 0.05
Aplanado, enyesado
acabado rugoso 0.05
acabado liso 0.05
1.0
0.8
Muy absorbente
0.7
Suelo áspero
Audiencia en butacas de madera o metal
Absorción moderada
0.3 Alfombra pesada sobre concreto
- - - - - - - - - - - - - - - 0.2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Asientos de metal o madera desocupados
Alfombra ligera multiusos
Árboles
0.1 Cortina ligera
Reflejante Ventana de cristal, paneles de madera
Enyesado, panel de yeso
donde,
T 60 = Tiempo de reverberación del recinto en s
V =Volumen del espacio del recinto en m 3
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 óptimos 20 universalmente aceptados,
ya que en gran parte se trata de una cuestión de preferencias.
Foros de teatro, producciones dramáticas corto a medio 0.8 - 1.2 audición - lenguaje
privadas
Iglesias a caredrales prolongado 1.2 - 3.4 audición lenguaje, música 21 T. Newman, 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:
donde,
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.
Vidrio3mm 26
Vidrio laminado
7 mm 36
22 W. Cavanaugh, op. cit. 13 mm 40
19 mm 43
23 James P. Cowan, op. cit.
Introducción a la Arquitectura Bioclimática 194
Cubierta metálica
calibre 22 45
calibre 16 52
Puerta de madera
4.5 cm espesor, tambor, 7.5 kg/m 2 19
4.5 cm espesor, sólida, 22 kg/m', sellada 34
Puerta metálica
2
4.5 cm espesor, 13 kg/m 28
2
4.5 cm espesor, 57 kg/m 43
Losa de concreto, 20 cm 50
Muros
Panel 13 mm a cada lado, postes 2x4@ 40 cm 35
Igual anterior pero con 5 cm de aislamiento 37
Igual anterior pero @ 61 cm 40
2 paneles de 5/8" a cada lado, postes 2x4 alternados @ 40 cm 51
Panel 13 mm sobre postes metálicos de 9 cm, @ 61 cm 39
Mampostería de concreto
2
108 kg/m 43
2
210 kg/m 49
2
386 kg/m 56
Panel de yeso
l/2" 28
5/s" 29
195 Confort acústico en la arquitectura
-40-
Panel de yeso de 5/8" en ambos lados, postes de
Alguna privada acero de 2 1f z"
(se escuchan voces en Puerta de acero rellena de fibra de vidrio y sella-
ambientes sonoros bajos) da
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-
Nivel sonoro defondo Esfoerzo de voz requerido Tipo de comunicación posible Uso de teléfono
dBA y distancia
Tabla 11. Criterios recomendados para ambientes sonoros de fondo estables en espacios arquitectónicos típicoi6
Criterio
Tipo de espacio I actividad NC dBA
Tabla 12. Clasificación de las actividades auditivas y sus condiciones para el confort acústico
-
Actividades Auditivas Condiciones para confort acústico
Ceremonias moderado/inteligible
religiosas medio a prolongado
Entretenimiento moderado/inteligible
función cines 35-40 corto a medio
Atención general moderado
juzgados, exposición 35-40 corto a medio
Aislado Espacios con requerimientos acústicos crí- 20 35 Variable: vivo para música,
A ticos: teatros, auditorios, estudios de gra- moderado donde se requiere
bación; se requiere de la intervención de inteligibilidad, apagado en
un consultor o especialista estudios
El T 60 es corto para estudios,
corro a moderado para
inteligibilidad en teatros y
auditorios, prolongado para
música sin amplificar.
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LA EDICIÓN, COMPOSICIÓN, DISE~O E IMPRESIÓN DE ESTA OBRA FUERON REALIZADOS
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BALDERAS 95, COL. CENTRO. MÉXICO, D.F. C.P. 06040
0260193500308579DP92001E