La orientación define la rotación de los edificios respecto a los puntos cardinales, y por lo tanto la dirección de cada una de sus superficies. Esta variable diseño, junto con otras como la forma general, la proporción/distribución del acristalamiento y la distribución espacial, determina en gran medida como el edificio será afectado por la radiación solar y el viento. Debido a ello, puede tener una gran influencia en la eficiencia energética y ambiental de los edificios.

Nota: Es importante tener en cuenta que el efecto de la radiación solar y el viento sobre los edificios también depende de las características de su entorno, especialmente de la forma, tamaño y disposición de los edificios vecinos.

En lo que respecta a la radiación solar, su impacto en cada una de las superficies del edificio dependerá en gran medida de los recorridos aparentes del sol, de acuerdo con su orientación. A manera de ejemplo, la Figura 1 muestra cuatro orientaciones de un edificio ubicado en la latitud 40º norte. En el primer caso el edificio se orienta exactamente al norte (con la fachada más acristalada hacia el sur), mientras que en los siguientes se gira 30º, 60º y 90º respecto al norte. Las gráficas tridimensionales permiten visualizar la relación entre el edificio y los recorridos aparentes del sol. En todos los casos la posición del sol corresponde a las 17:00 horas del primero de septiembre, lo que hace evidente cómo en el primer caso (orientación sur) las ventanas de la fachada principal se encuentran bien protegidas de la radiación solar. Sin embargo, conforme la fachada más acristalada se gira hacia el oeste, el sol tiene una incidencia cada vez mayor sobre ella durante la tarde.

Figura 1. Un edificio con su fachada principal orientada al sur, y luego girado 30º, 60º y 90º.

Sin embargo, para comprender cabalmente cómo la orientación determina el impacto de la radiación solar sobre los edificios, también debemos tener en cuenta su ubicación, especialmente la latitud. Esto es debido a que los recorridos aparentes del sol, a lo largo del año, varían de manera significativa dependiendo la distancia respecto al ecuador. Por ejemplo, la Figura 2 muestra un edificio cuya fachada principal se orienta hacia el sur, ubicado en cuatro latitudes distintas, desde el ecuador (latitud 0º) hasta la latitud 60º norte. De nuevo, en los cuatro ejemplos la posición del sol corresponde al mismo momento del año, en este caso las 10:00 horas del primero de noviembre.

Figura 2. Un edificio ubicado en diferentes latitudes, desde la latitud 0º (ecuador) hasta la 60º norte.

La imagen anterior nos permite ilustrar algunos hechos importantes sobre el efecto conjunto de la orientación y la latitud, los cuales deben ser tenidos en cuenta si queremos diseñar edificios que aprovechen y/o se protejan eficientemente de la radiación solar:

• En las latitudes ecuatoriales, digamos entre los -10º y 10º, la radiación solar incide de manera similar en las fachadas norte y sur, con ángulos solares elevados y con mayor incidencia en torno al mediodía, aunque dicha incidencia sucede en épocas contrarias del año. Digamos, de manera simplificada, que durante la mitad del año el sol incide más sobre la fachada sur, mientras que durante la otra mitad incide más sobre la fachada norte. Las fachadas este y oeste, en cambio, reciben radiación con ángulos solares altos a bajos durante todo el año, en las mañanas y en las tardes, respectivamente.
• Conforme nos alejamos de la franja ecuatorial, los recorridos aparentes del sol se inclinan gradualmente, de tal manera que las fachadas orientadas al ecuador (hacia el sur en el hemisferio norte, hacia el norte en el hemisferio sur), reciben una mayor cantidad de radiación solar, especialmente durante los meses que suelen ser fríos. Por el contrario, las fachadas orientadas hacia los polos reciben menos radiación, y ésta se da principalmente durante las mañanas y las tardes del verano, con ángulos solares bajos.
• Tanto en las zonas ecuatoriales como en latitudes medias y altas las cubiertas planas son las superficies que reciben radiación solar durante más tiempo. Sin embargo, esta diferencia es mucho más importante en las zonas ecuatoriales, donde la radiación solar sobre las cubiertas puede ser crítica (sobre todo porque suelen tener climas cálido-húmedos todo el año).

Finalmente, cabe señalar que la influencia de la orientación en el efecto que el viento puede tener sobre los edificios es mucho menos predecible que en el caso de la radiación solar. Esto se debe a que la dirección y velocidad del viento varían de manera significativa a lo largo del año, e incluso durante un mismo día. Sin embargo, si se conocen los vientos dominantes en el sitio, es posible decidir la orientación del edificio para aprovechar las brisas y potenciar la ventilación natural durante los periodos cálidos, así como proteger los espacios interiores de los vientos fríos durante el invierno. Este tema lo trataremos de manera más amplia en otra entrada.

Parámetros de la orientación

La orientación generalmente se mide mediante el ángulo horizontal entre la dirección norte y la normal de una de las fachadas del edificio (por ejemplo la principal), siguiendo el sentido de las manecillas del reloj. Como no siempre es fácil identificar la fachada principal, para indicar la orientación de un edificio se suele recurrir a la representación gráfica. La Figura 3 muestra ocho orientaciones para un edificio con forma alargada.

Figura 3. Definición de la orientación mediante el ángulo horizontal respecto al norte.

Referencias

[1] F. H. Abanda and L. Byers, “An investigation of the impact of building orientation on energy consumption in a domestic building using emerging BIM (Building Information Modelling),” Energy, vol. 97, pp. 517–527, 2016.

[2] S. Kim, P. A. Zadeh, S. Staub-French, T. Froese, and B. T. Cavka, “Assessment of the Impact of Window Size, Position and Orientation on Building Energy Load Using BIM,” Procedia Engineering, vol. 145, pp. 1424–1431, Jan. 2016.

[3] P. Nie, J. Zhou, B. Tong, Q. Zhang, and G. Zhang, “Numerical Study on the Effect of Natural Ventilation and Optimal Orientation of Residential Buildings in Changsha, China,” Procedia Engineering, vol. 121, pp. 1230–1237, 2015.

[4] M. Ozel, “Effect of wall orientation on the optimum insulation thickness by using a dynamic method,” Applied Energy, vol. 88, no. 7, pp. 2429–2435, 2011.

[5] G. Tibi and A. Mokhtar, “Glass Selection for High-rise Buildings in the United Arab Emirates Considering Orientation and Window-to-Wall Ratio,” Energy Procedia, vol. 83, pp. 197–206, Dec. 2015.

[6] “The Effects of Orientation, Ventilation, and Varied WWR on the Thermal Performance of Residential Rooms in the Tropics,” ResearchGate. Accessed: 01-Nov-2018.

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