08
Septiembre
2019

Arquitectura bioclimática, ¿un concepto pasado de moda?

Arquitectura bioclimática, diseño basado en simulaciones y arquitectura sustentable

Arquitectura bioclimática, ¿un concepto pasado de moda?

Hace tiempo escuché a un colega decir que la arquitectura bioclimática es un concepto pasado de moda, que ahora hay enfoques más completos, que responden mejor al actual desarrollo tecnológico. Dado que estudié una maestría en arquitectura bioclimática hace más de 15 años, y desde entonces he tratado de aplicar sus principios, el comentario (y el orgullo ligeramente herido, lo reconozco) me hizo reflexionar sobre el tema. Pues bien, aquí les dejo un breve repaso de los conceptos básicos de esta interesante disciplina, así como algunas reflexiones sobre su vigencia.


Como su nombre lo indica, la arquitectura bioclimática surge del reconocimiento de una estrecha relación entre el clima y las formas de vida del ser humano. En términos más concretos, representa una disciplina teórico-práctica que se enfoca en desarrollar edificios altamente adaptados a las condiciones climáticas locales, aprovechando al máximo los recursos naturales disponibles, como el sol, el viento y la vegetación, para lograr elevados niveles de confort con los menores consumos energéticos posibles. Este enfoque se puede considerar en cierta manera una interpretación moderna de las lecciones que nos ofrece la arquitectura vernácula y popular producida en diferentes zonas climáticas del mundo, pero busca consolidar un marco teórico más estructurado, basado en conocimientos científicos y tecnológicos.

El término “bioclima” se atribuye al climatólogo y botánico alemán Wladimir Peter Köppen, quien a principios del siglo XX desarrolló el conocido sistema de clasificación climática que lleva su nombre. Su aplicación por primera vez en el campo de la arquitectura, sin embargo, se debe a los hermanos Víctor y Aladar Olgyay, arquitectos estadounidenses de origen húngaro que fueron pioneros en las investigaciones sobre la relación entre el hombre, el clima y la arquitectura.

En el libro de Víctor Olgyay, Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas (1963), se sintetizan los postulados que sentarían las bases teórico-prácticas de la arquitectura bioclimática. En él se propone un método general para el diseño de edificios que trabajen con las fuerzas de la naturaleza y no contra ellas, en otras palabras, edificios ambientalmente equilibrados que reduzcan las tensiones innecesarias y aprovechen todos los recursos naturales que favorezcan el confort humano. De acuerdo con Olgyay, dicho método incluiría cuatro “pasos”:

“El primer paso hacia la adecuación ambiental (de los edificios) consiste en un análisis de los elementos climáticos del lugar escogido. Debemos resaltar que cada elemento produce un impacto diferente y presenta una problemática distinta. Dado que el hombre constituye la medida de referencia fundamental en la arquitectura, y que su refugio se proyecta para satisfacer sus necesidades biológicas, el segundo paso será realizar una evaluación de las incidencias del clima en términos fisiológicos. En tercer lugar, se analizará la solución tecnológica adecuada para cada problema de confort climático. En un estadio final, dichas soluciones deberán combinarse de acuerdo con su importancia en una unidad arquitectónica…”

En este planteamiento, como el mismo Olgyay expone, se encuentra implícita la idea de que es necesario superar los procesos subjetivos de prueba y error e incentivar métodos de análisis más racionales: el problema de la adaptación climática de los edificios requiere de la integración de diversas disciplinas científicas, como la biología, la climatología y la ingeniería. Sin embargo, es importante resaltar que lejos de abogar por una disgregación “tecnicista” de los fenómenos implicados, el autor aboga por una concepción integral del hecho arquitectónico.

Desarrollando más el método, Olgyay propone una doble aproximación teórico-práctica: la interpretación climática y la interpretación según principios arquitectónicos. La primera plantea, además de la comprensión de los factores climáticos involucrados (temperatura, humedad, radiación, viento), un método para medir los efectos de dichos factores en las personas, con el fin de establecer los requerimientos de climatización y el potencial de aprovechamiento de los recursos naturales en el sitio. Es aquí donde Olgyay propone el uso de la gráfica bioclimática, quizá una de sus aportaciones más conocidas. En suma, se trata de un conjunto de herramientas metodológicas que constituyen la base de lo que conocemos como análisis o diagnóstico bioclimático.

Una vez definidos los requerimientos mediante la interpretación climática, la interpretación según principios arquitectónicos establece diversas líneas de actuación proyectual:

  • La elección del lugar a partir de consideraciones relacionadas con el microclima, la topografía y el soleamiento estacional, entre otros aspectos.
  • La definición de la forma óptima de los edificios, a partir de la evaluación de las fuerzas térmicas externas. Se establecen como criterio básico que las formas más eficientes serán aquellas que maximicen las ganancias de calor durante los periodos fríos y las minimicen durante los periodos cálidos, de acuerdo con las características climáticas del sitio.
  • La determinación de la orientación óptima de los espacios habitables en función de la relación entre las condiciones de soleamiento y las temperaturas estacionales del aire. Se asume, por ejemplo, que en los lugares con invierno y verano marcados la mejor orientación será aquella que permita el mayor soleamiento en el primer periodo y el menor en el segundo.
  • La elección de los medios adecuados de control solar, es decir, de regulación de la radiación solar que ingresa al edificio a través de las superficies transparentes. Se establece aquí la necesidad de evaluar correctamente la relación costo-beneficio de estrategias de control solar como las cortinas y persianas interiores, los vidrios especiales (absorbentes, reflectantes…), los dispositivos exteriores y la vegetación, entre otros.
  • La determinación de las estrategias de diseño que permitan el máximo aprovechamiento de la ventilación natural como recurso de climatización pasiva en los periodos cálidos, a partir de aspectos como la orientación y la disposición de las aberturas. Al mismo tiempo, en zonas frías o de vientos fuertes y constantes, es necesario establecer las estrategias adecuadas de protección contra el viento.
  • La elección de los materiales y sistemas constructivos que conforman los cerramientos del edificio, en función de su papel regulador de los intercambios térmicos entre éste y su entorno. Se plantea la necesidad de evaluar la pertinencia del uso de materiales aislantes y/o de elevada masa térmica, de acuerdo con las presiones térmicas presentes en el sitio.

Todas estas ideas serían “descubiertas” casi 20 años después, cuando a mediados de los años setenta la consabida crisis mundial del petróleo despertó el interés por el desarrollo de un modo diferente de proyectar y construir edificios. El concepto de la arquitectura bioclimática comenzó entonces a tener mayor relevancia. Diversos investigadores, entre los que se encuentran Steve Szokolay, Baruch Givoni y, en el ámbito latinoamericano, Eduardo González y Martin Evans, por mencionar solo algunos, han realizado valiosas adecuaciones y ampliaciones al marco teórico-práctico planteado por Olgyay. Un ejemplo de ello es la sustitución de la gráfica bioclimática por el diagrama psicrométrico como herramienta para establecer los requerimientos de climatización y las estrategias de diseño adecuadas, como se muestra en la siguiente figura.

Diagrama Psicrometrico Climate Consultant

Figura 1. Captura del programa Climate Consultant, que permite usar el diagrama psicrométrico para evaluar estrategias de diseño bioclimático. Su implementación se basa en el trabajo de Baruch Givoni y Murray Milne, el cual a su vez tiene raíces en los planteamientos de Victor Olgyay.

Pero entonces, ¿la arquitectura bioclimática sigue siendo válida hoy en día?

Una vez repasados sus conceptos básicos, y desde luego hablando desde mi experiencia personal en este campo, estoy convencido de que la arquitectura bioclimática sigue teniendo validez. La razón más importante, desde mi punto de vista, es que comprender esta disciplina a fondo proporciona una sólida base conceptual para abordar el diseño de edificios de elevada eficiencia energética. Cuando no se dominan los principios de la arquitectura bioclimática, y eso lo he visto bastantes veces, es muy fácil ir por ahí “dando palos de ciego”, aplicando estrategias equivocadas o mal entendidas. Incluso, no son pocas las veces en las que lo único que se consigue es dilapidar recursos, generando más perjuicios que beneficios.

Nota: Los artículos de Las estrategias de diseño, disponible en nuestra sección de Conocimiento, se basan en gran medida en los conceptos de la arquitectura bioclimática.

Por otro lado, tengo que dar algo de razón a mi colega (el que mencioné al principio). Aunque es muy posible que la sola aplicación de los principios bioclimáticos, con rigor y sentido común, nos permita lograr edificios más eficientes, creo que hoy esta disciplina debe insertarse en un marco metodológico y conceptual más amplio. En primer lugar, debería acompañarse de métodos como el diseño basado en desempeño y simulaciones. Además, debería considerarse parte de conceptos más globales, como la arquitectura sustentable. Veamos un poco más sobre estos dos puntos.

El diseño basado en desempeño y simulaciones

Originalmente, el enfoque bioclimático no implicaba hacer cálculos exhaustivos ni simulaciones computacionales. Mejor dicho, los investigadores sí que hacían cálculos e incluso llevaban a cabo mediciones en edificios experimentales, pero los practicantes casi siempre se limitaban a implementar los criterios de diseño definidos por los primeros. Esta limitación se entiende fácilmente si tenemos en cuenta que en los inicios de la arquitectura bioclimática las herramientas computacionales eran inaccesibles para el público en general.

Hoy en día, sin embargo, tenemos a nuestro alcance métodos para evaluar de manera bastante precisa el impacto de las estrategias bioclimáticas. Entre ellos se encuentran el diseño basado en desempeño y el diseño basado en simulaciones. De esos métodos hablaremos con más detalle después, pero podemos decir que involucran el uso intensivo de programas de simulación para evaluar el desempeño de los edificios en aspectos como la eficiencia energética, los niveles de confort, las emisiones de carbono e incluso los costes. Entre esos programas se encuentran EnergyPlus, DesignBuilder, OpenStudio, IESV y TRNSYS, que permiten llevar a cabo simulaciones dinámicas de los edificios y sus sistemas con base en datos climáticos del sitio. Estos programas facilitan la exploración y evaluación de estrategias bioclimáticas, pero sobre todo cuantificar su impacto para tomar decisiones de diseño sólidas.

A pesar de que los métodos y herramientas mencionados arriba son hoy bastante accesibles, llama la atención seguir viendo “estudios bioclimáticos” sin cálculos ni simulaciones que sustenten las estrategias aplicadas. Es común que esos estudios incluyan esquemas con flechas dibujadas para ilustrar como el aire recorre alegremente todos los espacios, mostrando una “excelente” ventilación natural, pero ningún cálculo consistente al respecto, ya no digamos un análisis CFD. También suelen incluir atractivas graficas de los recorridos solares y su impacto en el edificio, pero ningún dato específico sobre los ahorros energéticos y económicos conseguidos con la implementación de los dispositivos de sombreado. Creo que por ahí ya no va la cosa.

De la arquitectura bioclimática a la arquitectura sustentable… y más allá

Si bien implícitamente el enfoque bioclimático supone desarrollar edificios con una menor huella ecológica, queda claro que no integra los criterios de la arquitectura sustentable de manera completa, al menos como ésta última se concibe actualmente. En ese sentido, el diseño bioclimático no debería considerarse el único método para conseguir edificios eficientes. Mas bien debería formar parte de un conjunto de estrategias que, si se complementan adecuadamente, nos permitirán desarrollar edificios de elevado desempeño de manera más consistente y confiable. De hecho, creo que muchos especialistas ya están trabajando en esa dirección.

En ese orden de ideas, considero que la arquitectura bioclimática puede y debe ser parte de un enfoque que abarque cuatro áreas de actuación básicas:

  • La eficiencia energética (edificios con consumos energéticos bajos, casi nulos o nulos; edificios de energía positiva).
  • La reducción del impacto medioambiental (ecodiseño; baja huella/mochila ecológica; análisis de ciclo de vida).
  • La salud, el confort y el bienestar (materiales saludables; confort térmico, lumínico y acústico; bienestar social).
  • La eficiencia económica (análisis de costes de ciclo de vida, coste-beneficio y retorno de inversión; economía circular).

Debo reconocer que hoy en día estamos lejos de lograr edificios que cumplan de manera rigurosa estos cuatro puntos, salvo muy contadas excepciones. También es cierto que el enfoque es complejo e implica un importante cambio de paradigma, así como ajustes significativos a la manera en que concebimos los edificios (desde la fase proyectual hasta la de demolición/reciclaje). Pero estoy convencido que esa es la dirección que debemos seguir, al menos si queremos contribuir de manera efectiva a mitigar problemas globales como el cambio climático y el agotamiento de los recursos. En nuestras manos está.


Referencias

[1] V. Olgyay, Arquitectura y clima: Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Barcelona: Editorial Gustavo Gili, S.L., 1998.

[2] S. Santy, H. Matsumoto, K. Tsuzuki, and L. Susanti, “Bioclimatic Analysis in Pre‐Design Stage of Passive House in Indonesia,” Buildings, vol. 7, p. 24, Mar. 2017.

[3] J. C. R. Martínez and V. A. F. Freixanet, “Bioclimatic Analysis Tool: An Alternative to Facilitate and Streamline Preliminary Studies,” Energy Procedia, vol. 57, pp. 1374–1382, Jan. 2014.

[4] B. Widera, “Bioclimatic architecture,” Journal of Civil Engineering and Architecture Research, vol. 2, pp. 567–578, Apr. 2015.

[5] M. Katafygiotou and D. SERGHIDES, “Bioclimatic chart analysis in three climate zones in Cyprus,” Indoor and Built Environment, Mar. 2014.

[6] D. Watson and K. Labs, Climatic design. New York; London: McGraw-Hill, 1983.

[7] F. Manzano-Agugliaro, F. Montoya, A. Sabio-Ortega, and A. García-Cruz, “Review of bioclimatic architecture strategies for achieving thermal comfort,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 49, pp. 736–755, Sep. 2015.

[8] M. Shephard, M. W Beall, R. O’Bara, and B. E Webster, “Toward simulation-based design,” Finite Elements in Analysis and Design, vol. 40, pp. 1575–1598, Jul. 2004.


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Author; Arturo Ordóñez García Última actualización: Martes, 17 Diciembre 2019

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