Cuando se habla de viento se hace referencia fundamentalmente al movimiento de las masas de aire, factor que puede tener un gran impacto en las condiciones ambientales de un sitio. En el campo de la arquitectura el viento cobra especial relevancia debido a su incidencia en las tasas de renovación del aire en el interior de los edificios y a su impacto en el confort térmico de las personas, entre otros aspectos.

Los índices de incidencia de radiación solar sobre un sitio tienen un impacto determinante en sus características climáticas. Después de todo, la radiación solar proporciona prácticamente toda la energía que genera los fenómenos atmosféricos. Una muestra de esto es que la tierra puede dividirse en franjas (paralelas al ecuador) con determinados patrones climáticos generales que dependen fundamentalmente del cambio en la incidencia de la radiación solar debido a la latitud.

La humedad ambiental se refiere la presencia de vapor de agua en el aire. Aunque casi siempre se piensa en la atmósfera simplemente como una masa de aire, lo cierto es que el vapor de agua juega un papel muy importante en su composición, incluso en las zonas áridas. Por otro lado, es común que cuando se habla del confort humano lo primero que venga a la mente es la temperatura del aire. Aunque ese parámetro es muy importante, la humedad ambiental también influye de manera determinante en la sensación de confort de las personas.

El calor es energía que se manifiesta como vibración molecular de una sustancia o como radiación electromagnética. La temperatura, por otra parte, es una medida de la energía calorífica presente en una sustancia, sea esta sólida, líquida o gaseosa. En términos simples, podemos afirmar que el calor es el fenómeno, mientras que la temperatura es una forma de medirlo.

En los edificios que funcionan en modo mecánico, los sistemas de calefacción y refrigeración se suelen controlar mediante consignas de temperatura, la cual se mide con termostatos ubicados en una o más zonas climatizadas. Las consignas de temperatura indican a los sistemas de climatización cual es el rango de temperaturas que deseamos mantener. Por ejemplo, si establecemos una consigna de 21 ºC para la calefacción y otra de 25 ºC para la refrigeración, los sistemas tratarán de mantener la temperatura interior dentro de esos límites, que conforman lo que podemos llamar rango de confort. Si el termostato indica que la temperatura baja de los 21 ºC se activa la calefacción, si indica que supera los 25 ºC se activa la refrigeración. Dentro del rango de confort ninguno de los dos sistemas estará activo.

Una decisión importante, cuando desarrollamos el modelo de un edificio para evaluar su desempeño energético y ambiental, es sobre si considerar su funcionamiento en modo mecánico, pasivo o mixto. Esta decisión afectará en gran medida las opciones y los datos del modelo, así como el tipo de resultados que deberíamos evaluar. Además, debemos tener en cuenta que una solución arquitectónica que resulta óptima con un modo de funcionamiento no necesariamente es la óptima con otro. Por ejemplo, es posible que un elevado nivel de masa térmica tenga mayor impacto cuando el edificio funciona en modo pasivo que cuando lo hace en modo mecánico. Algo similar sucede con la distribución y posición de las aberturas (tanto internas como externas): su efecto en los patrones de ventilación natural será importante cuando el edificio funcione en modo pasivo o mixto, pero no cuando funcione en modo mecánico.

Aunque se considera una estrella mediana, desde el punto de vista humano el sol es un astro de enormes dimensiones: su volumen podría contener cerca de 1 millón de Tierras. Nació hace unos 4,500 millones de años, producto de los residuos de otras generaciones de estrellas, y se estima que seguirá existiendo otros 5,000 millones, es decir, se trata de una estrella relativamente joven.

Más allá del tamaño o la edad del sol, lo que aquí nos interesa es la impresionante cantidad de energía que genera. Aunque sólo una minúscula parte llega a la Tierra, esa energía constituye la base indispensable de todas las formas de vida conocidas, incluyendo por supuesto la nuestra. Además la energía solar constituye el motor de los distintos fenómenos meteorológicos, como el viento y la lluvia. Ante esto, cabe preguntarnos ¿cómo se genera la energía del sol, de qué manera llega hasta nosotros y como nos afecta?

Los conceptos explicados en la sección anterior resultan fundamentales para comprender las relaciones geométricas entre el Sol y la Tierra. Sin embargo, para aplicar esos conocimientos en ámbitos específicos como el análisis del soleamiento y el sombreado en los edificios, o la disposición óptima de paneles fotovoltaicos, necesitamos herramientas más prácticas. Esa es la función que cumplen los diagramas de recorridos aparentes del sol, también conocidos simplemente como cartas o gráficas solares.

Sin duda la relación más importante entre el sol y la tierra se refiere al intercambio energético entre ambos, o mejor dicho, al hecho de que una fracción de la inmensa cantidad de energía irradiada por el sol llega de manera constante hasta nuestro planeta, haciendo posibles todas las formas de vida conocidas. Sin embargo, existen otras relaciones, que podemos englobar como geométricas, que influyen de manera significativa en la forma en que la radiación solar afecta a nuestro planeta. Las relaciones geométricas entre el sol y la tierra marcan la pauta del tiempo, desde la sucesión de días y noches hasta los cambios de estaciones a lo largo del año.

Conseguir edificios con el mejor desempeño posible es una tarea difícil, sobre todo si las opciones de diseño son numerosas y se plantean dos o más objetivos de desempeño. En esos casos los procesos de simulación normales suelen ser poco eficientes, aún si se basan en métodos como el análisis paramétrico, debido al tiempo y recursos que se requieren para evaluar una gran cantidad de soluciones.

Las limitaciones de los métodos tradicionales han llevado a explorar alternativas que permitan identificar soluciones óptimas (o razonablemente cercanas al óptimo) de forma más rápida y eficiente. Una de las líneas de investigación más importante es la optimización computacional, que implica el uso de algoritmos especializados para evaluar múltiples variables y opciones de diseño, por ejemplo relacionados con la forma del edificio y la composición de sus cerramientos, y encontrar de manera eficiente las soluciones que cumplen mejor uno o más objetivos de desempeño, incluso contradictorios (como reducir simultáneamente los consumos energéticos y los costes de construcción).