Resumen

La mayor parte de los animales buscan un cobijo donde guarecerse en alguna etapa de su vida. El ser humano construye su casa dentro de la cual, las condiciones climáticas son muy distintas a las del medio ambiente exterior.

Durante milenios la adaptación de las viviendas a la climatología exterior, ha sido tan variada como culturas han existido. Con los materiales más simples y convirtiendo lo problemas en soluciones, los diferentes pueblos han conseguido viviendas cómodas en cualquier punto del planeta.

La civilización está sostenida por todas las formas de procesos energéticos que la ciencia ha logrado controlar y sustentar por los energéticos fósiles o no renovables y que están agotándose.

El desarrollo actual de la ciencia y la tecnología, nos ha permitido entender el mal uso que les damos, nos hace cuestionar la inconsciencia de nuestras acciones y contemplar con inquietud el desequilibrio creciente de nuestro medio ambiente.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

A nuestro alrededor disponemos de enormes cantidades de energía que habitualmente despreciamos. La fuente de energía fundamental de que disponemos en el planeta es la energía que nos llega del Sol. El petróleo que quemamos ahora y que tuvo su origen en los seres vivos hace millones de años, fue una energía que vino del Sol, se elaboró lentamente en el interior de la Tierra y ahora estamos malgastando. Por ello es fundamental que utilicemos la radiación solar directa y las energías renovables.

Antecedentes

Las culturas siempre han observado los espacios naturales para ubicar sus viviendas en lugares que permitieran el máximo aprovechamiento de las condiciones climáticas del lugar. A lo largo de la historia los pueblos indígenas han practicado la integración de sus construcciones tradicionales con la naturaleza.

En la antigua cultura griega, se consideraba un derecho legal el acceso a la luz del sol y se planificaron ciudades como Olinto en el siglo V a.C. cuyas calles se orientaron de tal modo, que todas las casas recibían la misma radiación solar.

Mientras muchos pueblos del mundo siguieron viviendo en armonía con su entorno natural, en la cultura europea ésta sabiduría se fue perdiendo paulatinamente, sobre todo en las ciudades, a causa de la falta de regulación de los organismos públicos y privados, llegando a convertirse en un problema sanitario de primera magnitud.

La arquitectura bioclimática puede definirse como la arquitectura diseñada para lograr un máximo confort dentro de un edificio o casa con el mínimo gasto energético. Para ello aprovecha las condiciones climáticas de su entorno, transformando los elementos climáticos externos en confort interno gracias a un diseño inteligente.

A igualdad de confort, la mejor solución es la más simple y si además es sana para el planeta, mucho mejor. A esta simplicidad se llega a través del conocimiento y la buena utilización de los elementos reguladores del clima y de las energías renovables.

Pero ¿qué son las energías renovables? Son las energías que utilizan los recursos inagotables de la naturaleza, como la biomasa, las radiaciones solares y el viento.

Durante la fase de diseño de un edificio o casa es importante contemplar todos los elementos en su conjunto: estructuras, cerramientos, instalaciones, revestimientos, etcétera. Dado que carece de sentido conseguir un ahorro energético en determinada zona y tener pérdidas de calor en otra.

La gran mayoría de las construcciones hoy en día, suplen su pésimo diseño bioclimático, con enormes consumos energéticos de calefacción y acondicionamiento de aire.

No es rentable, ni va a funcionar adecuadamente una construcción del modo convencional al que se le adhieren paneles de captación solar, mientras no se conciba como un todo global.

Los puntos relevantes a tomar en cuenta en una construcción son:

Estudio del emplazamiento

• Análisis del lugar.
• Integración de la casa con el lugar.
• Protección frente al medio.

Climatología de la construcción

• Métodos de transmisión de calor.
• Reacciones fisiológicas del cuerpo humano frente al clima.
• Clima interior de la vivienda: factores que determinan el clima.
• Relación de la humedad, temperatura y velocidad del aire.

Control del clima por medios constructivos

• Métodos de evitar la pérdida de calor.
• Métodos de refrigerar.
• Captación y almacenamiento de energía del entorno.

Control del clima con ayuda artificial

• Colector de placa plana.
• Bombas de calor.
• Sistemas de termosifón.
• Sistemas de aire.
• Calefacción solar.
• Captación de energías renovables.

Ventilación natural y enfriamiento

• Acondicionamiento natural de aire.
• Ventilación con el aire de la noche.
• Respiraderos de techo y ático.
• Patios de control climático.
• Flujos de aire a través de ventanas.

Diseño del paisaje para control climático

• Paredes Rudofsky
• Elección y localización de vegetación.
• Construcción con cobertura de tierra.

CAPTACIÓN SOLAR

Los energéticos que generalmente reciben un uso doméstico, industrial o de locomoción, son producto de la naturaleza. El valor de estos recursos les ha sido asignado por el hombre, al explotarlos y ponerlos al servicio de la tecnología, por ello resulta lógico que cuando aumenta su demanda, el costo de los mismos se incrementa, lo cual redunda en el desequilibrio de la economía mundial.

Por otra parte, se prevé que dentro de poco tiempo las reservas de petróleo se agotarán y lo mismo sucederá con el gas natural y otros energéticos de menor trascendencia, como el carbón natural y el carbón de leña. La energía nuclear que es otro producto importante de la naturaleza, el cual requiere del esfuerzo de muchos científicos, así como de cuantiosas inversiones y complicadas tecnologías para su aprovechamiento. Ante este panorama, es incuestionable la sabiduría de la naturaleza, que sigue ofreciendo opciones energéticas a la humanidad, ya que la ha dotado de dos invaluables elementos: el agua y el Sol.

El agua, aun cuando no se encuentra en todas partes ni con la misma abundancia, gracias al ingenio del hombre produce en gran escala, energía que se utiliza de manera práctica. En cuanto al astro rey, aunque en mínimas proporciones, dicha energía ya es utilizada para algunas necesidades, algunos arquitectos e ingenieros se han enfocado  a la búsqueda de formas de uso de la energía solar en la construcción de edificios y casas habitación, considerando que tal aprovechamiento puede aportar mejores soluciones a los problemas urbanos y ecológicos. Mediante la aplicación de principios bioclimáticos, se pueden utilizar métodos de ahorro energético mediante dispositivos que permiten transformar la energía solar de forma activa y pasiva, así como analizar el comportamiento del hábitat a través del cálculo de balances térmicos, incluyendo aspectos de impacto ambiental y urbano.

Captación Solar Pasiva

Se denomina así al método de captación de la radiación solar que funciona sin necesitar aporte energético externo. Estos sistemas precisan combinarse con mecanismos de ocultación para proteger a una casa o edificio de la entrada indiscriminada de radiación solar en los días calurosos. Otra posibilidad es acumular dicha radiación para ser utilizada en la noche o incluso emplear sistemas que acumulen el calor para el invierno.

Hay dos elementos que se utilizan este sistema de captación solar:

Elementos captadores, es decir, recogen la radiación solar y a su vez se clasifican en directos, indirectos y añadidos.

Elementos acumuladores, son los que tienen la propiedad de almacenar la energía calorífica, desde un día hasta varios meses.

Un sistema de aprovechamiento completo de la energía calorífica del sol, se tendría que emplear ambos sistemas.

1. Los elementos captadores directos

Se denominan sistemas de captación directa a aquellos en los que la radiación solar entra directamente en el espacio que se desea caldear, esto se consigue haciendo que los rayos solares atraviesen un vidrio y calienten el aire.

1. Los elementos captadores indirectos

Son modos de captar la radiación solar por medio de elementos constructivos  que actúan de intermediarios. Captan y almacenan la energía solar que cederán posteriormente a las habitaciones.

1. Los elementos captadores añadidos

La captación y acumulación de la energía solar se realiza por medio de elementos que no pertenecen a la construcción propiamente dicha.

Captación solar activa

Se llaman sistemas activos a los artefactos mecánicos que complementan la construcción bioclimática y permiten captar las energías del entorno con mayor aprovechamiento y un mínimo de consumo energético.

Los sistemas activos son una mejora de los sistemas pasivos de aprovechamiento de la radiación solar que se han venido utilizando desde hace algunos siglos en invernaderos que facilitan el crecimiento de las plantas.

Los primeros ensayos realizados sobre aprovechamiento de la radiación solar en sistemas de calefacción los realizó el profesor F.W. Hutchinson en la Pardue University de Lafayette (Indiana) a partir de 1930. Sus estudios impulsaron a otros investigadores a ensayar la utilización de la energía solar en sistemas de calefacción y agua caliente.

La eficacia de los sistemas activos de captación solar quedó demostrada en 1939. Hubo que esperar hasta 1977 para que se introdujesen en el mercado sistemas de calefacción solar para viviendas.

Los sistemas de captación solar por medio de colectores se pueden utilizar para abastecer la vivienda de agua caliente sanitaria, dotarla de calefacción y también de refrigeración.

Paneles solares fotovoltáicos

Se basan en el efecto fotovoltaico, un fenómeno que se produce cuando dos materiales semiconductores distintos, prensados para conseguir un máximo contacto, se exponen a la radiación de ciertos tipos de luz. En esta situación los materiales se comportan como una célula eléctrica, liberando electrones.

El material semiconductor que suele emplearse con más frecuencia es el silicio, porque es muy barato y fácil de conseguir. Se adultera con determinadas sustancias que implantan iones positivos en un lado de la célula (por ejemplo boro) y negativos en la otra (por ejemplo fósforo), para favorecer la aparición del efecto fotovoltaico.

Alemania lanzó en 1999 un programa al que denominó “Cien mil tejados solares” con el fin de instalar una potencia de 300 Mw. De energía solar fotovoltaica. Ha sido tal el éxito que se consiguió mucho antes del plazo previsto. Alemania no solo fomenta el aprovechamiento de la energía solar, también produce el 38% de la energía eólica mundial.

Máquinas eólicas de producción de electricidad

Son artefactos que aprovechan la energía del viento para transformarla en electricidad. Nacen al incorporar un generador eléctrico a un molino de viento. La tecnología de los molinos de viento se ha ido desarrollando durante siglos porque la humanidad los ha empleado durante milenios. Se conocían en la civilización persa en el siglo XVIII a. de C. y hay constancia de su amplia utilización en la Grecia clásica y todo el imperio romano. Además de producir electricidad, las máquinas eólicas pueden emplearse para otros fines, como bombear agua o moler.

Sistemas Híbridos

La captación de la energía del entorno plantea siempre el problema de la impermanencia de la fuente energética. El sol no brilla por la noche, hay días nublados y días de calma en los que no sopla el viento lo suficiente como para poder obtener de él suficiente electricidad.

Por ello, cada vez cobran más fuerza los llamados sistemas híbridos. Los más adecuados en la actualidad son los siguientes:

Sistemas eólico-solares

Generalmente cuando hay nubes no brilla el sol y hace viento. Puede decirse que son dos energías que se complementan mutuamente. Con las modernas microturbinas incluso con viento débil puede obtenerse una cantidad de electricidad significativa que incrementa la cantidad de energía total disponible.

Sistemas eólico-hidráulicos

En la actualidad muchas centrales hidroeléctricas aprovechan los momentos de baja demanda de electricidad, como son las noches, para emplear el excedente de energía eléctrica en bombear agua de nuevo a la presa, así al día siguiente se dispondrá de nuevo caudal de agua del que obtener electricidad. Este sistema puede aplicarse a las instalaciones eólicas.

La energía eólica presenta el gran inconveniente de ser impredecible. Una parte de la energía eléctrica obtenida puede guardarse en baterías, pero ¿qué hacer tras varios días de calma? Una posibilidad sería poder disponer de dos pequeños embalses de agua.

En los días de viento, el excedente de energía eléctrica se puede utilizar para bombear agua del embalse inferior al superior. Cuando el viento está en calma, el aporte energético lo proporcionará una pequeña central hidráulica colocada al pié del embalse superior.

Objetivo

Dar a conocer los beneficios de construir una casa o edificio aprovechando las energías renovables.

Justificación

Considero que este tema es importante para despertar la consciencia planetaria y la protección del medio ambiente, con este tipo de arquitectura podemos utilizar materiales más simples y convirtiendo los problemas en soluciones.

Hipótesis

Si obtengo información confiable sobre los beneficios de la arquitectura bioclimática, entonces puedo promover la construcción de casas y edificios usando éstas energías renovables.

Método (materiales y procedimiento)

MATERIALES

• Libro “Estudios de Arquitectura Bioclimática”, Anuario 2007, Vol. IX 179 págs.
• Libro “Arquitectura Ecológica”, Gauzin Múller, 278 pás.
• Libro “Manual de Arquitectura Solar”, Ruth Lacomba, Héctor Ferreiro L., Víctor A. Fuentes, José Roberto García, Edit. Trillas, 257 págs.

PROCEDIMIENTO

INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL

Esta investigación está basada en las lecturas de los libros mencionados, así como en Internet.

INVESTIGACIÓN DE CAMPO

Se realizó la visita a la Expo ENVERDESER en el edificio de Centro BANAMEX en el Hipódromo de las Américas el día 25 de noviembre de 2016, donde asistí a una conferencia del Ing. Alejandro Larusso con el tema “Arquitectura sustentable” quien además me permitió entrevistarlo.

Galería Método

Resultados

Con este proyecto aprendí que podemos ayudar a nuestro planeta utilizando de manera inteligente la energía que nos proporciona el Sol y el viento, además de aprovechar la naturaleza como lo hicieron nuestros ancestros.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Al observar el deterioro ambiental, surgido de la propia mano del hombre, que ahora parece escapar de su propio control y al reconocer el despilfarro de energéticos convencionales en construcciones de toda índole, como edificios altamente climatizados de forma artificial y que contribuyen al cambio climático entre otros contaminantes, nos hace pensar en qué nos depara el futuro si se sigue actuando sin conciencia, porque los recursos de la naturaleza conducen nuestras vidas y nos toca administrarlos de forma eficaz.

Bibliografía

Estudios de Arquitectura Bioclimática, Anuario 2007, Vol. 9, 179 pgs.

 Arquitectura Ecológica, Gauzin Múller, 279 pgs.

Manual de Arquitectura Solar, Ruth Lacomba, Edit. Trillas, 257 pgs.

Guía de Bioconstrucción, Camilo Rodríguez Lledó, Madrid, Mandala Edic., 1999

Estudio de Inversión Energética en Vivienda Unifamiliar, Wilfrido Lauces Padilla, Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de La Coruña, 1996

Internet

Summary

Cultures have always observed the natural spaces to locate their homes in places that would allow maximum use of the climatic conditions of the place. Throughout history the indigenous people have practiced the integration of its traditional buildings with nature.

In ancient Greek culture, a legal right to is considered access in the light of the Sun and cities were planned as Olinto in the 5th century BC whose streets are oriented in such a way that all households were receiving the same solar radiation.

While many people around the world continued to live in harmony with its natural surroundings, in European culture this wisdom has been lost gradually, especially in the cities, because of the lack of regulation of public and private organisms, to become a health problem of the first magnitude.

Bioclimatic architecture can be defined as the architecture designed to achieve maximum comfort inside a building or House with minimal energy expenditure. This leverages the climatic conditions of its environment, transforming the external climatic elements in internal comfort thanks to intelligent design.

Research Question

Problem approach

All around us we have enormous amounts of energy that usually we waste. The main source of energy that we have on the planet, is the energy that comes to us from the sun. The oil that we burn now and that had its origins in the living beings of millions of years ago, was an energy that came from the sun, was developed slowly in the interior of the earth and now we are wasting. It is therefore essential that we use the direct solar radiation and renewable energies.

Background

Objective

The design of a building or House must be done globally so that its various elements make up a harmonious whole: structures, installations, solar adaptation, protection, acoustic, light conditioning so that each element meets a bioclimatic mission as well as functional.

Justification

I believe that this issue is important for awakening the planetary consciousness and the protection of the environment, with this type of architecture we can use simpler materials and turning problems into solutions.

Hypothesis

If we return to the wisdom of our ancestors, we would then be in harmony with nature and respecting it.

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography