LA ENVOLVENTE COMO ESTRATEGIA DE DISEÑO SOSTENIBLE

              La Arquitectura Sostenible se basa en el concepto de desarrollo sostenible propuesto por las Naciones Unidas en el año de 1987, este concepto se basa en saber “satisfacer las necesidades del presente sin comprometer las necesidades de las futuras generaciones”. Teniendo esto definido, la Arquitectura Sostenible es la que permite que el diseño de cualquier elemento urbano o arquitectónico respete las necesidades de las futuras generaciones, minimizando el consumo de energía, agua y residuos que generan los edificios o las ciudades.

                Por lo tanto un diseño arquitectónico sostenible es el que respeta los tres aspectos más importantes sobre el desarrollo sostenible, que son el impacto medioambiental, el impacto sociológico y el impacto económico, que los proyectos tienen a lo largo de su vida útil.

                Tomando esto como premisa, los arquitectos tenemos que utilizar varias herramientas para que nuestros diseños logren ser más Sostenibles, teniendo presentes la necesidad de reducir nuestra huella ecológica al máximo sin dejar de lado el confort y satisfacción de las necesidades del usuario.

                Dentro de los distintos sistemas constructivos, la envolvente juega el papel más importante en el diseño sostenible por su condición de filtro entre el ambiente exterior y el interior, delimitando el espacio habitable. Es en este sistema constructivo donde se generan la mayoría del intercambio de energía que genera el edificio con el medio ambiente, y a su vez puede tener funciones como elemento de recolección de las aguas de lluvia, producción de energía renovable, control de la iluminación y ventilación natural, entre otras.

                La envolvente por su condición de fachada tiene un trato estético compositivo que caracteriza la imagen del edificio, integrándolo con la cuidad, es lo que le proporciona la imagen que percibimos, el carácter y la forma del mismo. Por lo tanto siempre se le ha prestado mayor atención Pero como hemos comentado el diseño de este elemento constructivo también tiene que responder a requerimientos técnicos sostenibles.

                La envolvente del edificio no debe de ser el resultado de un diseño decorativo, sino más bien el resultado de una amplia investigación en términos de funcionamiento. Debe de ser un elemento que busca no solo una imagen atractiva, sino que también busca la mayor eficiencia del edificio. Debe de ser más que una piel, un sistema complejo, que tiene que resolver problemas de seguridad, de intercambio de energía, estanqueidad, humedades y condensaciones, manejo de residuos, mantenimiento, durabilidad, construcción y estética.

                En este artículo nos enfocaremos en describir el funcionamiento de la envolvente en términos de sostenibilidad y las diferentes tipologías constructivas que existen en el mercado.

                La clasificación que se propone tiene dos entradas: por una parte el sistema constructivo entre vidriada y opaca, y por otra su acondicionamiento a los principios físicos de intercambio de energía y agua entre el ambiente interior y exterior.

Requerimientos en términos de Intercambio de Energía:                 

La capacidad que tiene una envolvente para controlar el intercambio de energía se llama Protección Térmica, definiéndose como la habilidad para tratar de evitar que las influencias negativas por una disminución calorífica excesiva o una aportación exagerada de calor afecte el confort del usuario o las instalaciones (Heinrich Schmitt, 2009). Este intercambio físico se da cuando dos cuerpos tienen contacto y se encuentran a diferentes temperaturas, por lo tanto estos cuerpos tratan de equilibrar las temperaturas transfiriéndose calor entre sí. Este proceso no se puede evitar del todo, pero si se puede modificar la intensidad y la duración del mismo. Es aquí donde el funcionamiento de la envolvente juega su papel más importante.

Tomando en consideración la forma en que se intercambia energía en un edificio, podemos pensar que los sistemas constructivos que modifican tanto la intensidad como la duración de este intercambio son los que se basan en tres aspectos, el aislamiento térmico, la inercia térmica y el control de la radiación solar.

 

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Por lo tanto a continuación profundizaremos sobre los conceptos y en funcionamiento de estos tres aspectos:

A continuación profundizaremos sobre los conceptos y en funcionamiento de estos tres aspectos:

  • El Aislamiento Térmico: Cuando se habla de aislamiento térmico, no referimos al uso de materiales con una elevada resistencia térmica, con los cuales se busca reducir el flujo de energía a través de los cerramientos en los que se incorpora.

Las propiedades de estos materiales dependen del tipo de producto. Hay muchos productos diferentes en el mercado que van desde los que están generados por medio de elementos naturales o reciclados, hasta materiales plásticos y productos derivados del petróleo. En cuanto al tipo de aislante, lo importante en términos de intercambio es el nivel de transmitancia térmico que tenga el mismo, ya que esto es lo que controla el intercambio de calor entre el interior y el exterior.

Este tipo de envolvente depende de la conductividad del material y del espesor del mismo, la relación entre estos dos parámetros es la resistencia térmica del material. Por lo tanto, es lo que retrasa el intercambio de energía entre el interior y el exterior.

Este tipo de sistema constructivo tiene que ser multicapa, y puede ser vidriada u opaca, dependiendo del tipo de material de aislamiento que se use. Las envolventes que usan aislamiento para que cumplan con parámetros térmicos tienen que cumplir con las siguientes funciones:

  • Minimizar el intercambio de energía, reteniendo la energía del interior del edificio, evitando que haya intercambio
  • Controlar las temperaturas superficiales de los cerramientos, impidiendo la condensación y evitar elevadas temperaturas radiantes interiores
  • Utilizar materiales con elevada resistencia térmica
  • Para tener mayor eficiencia, en la solución del sistema constructivo el aislamiento térmico debe de estar ubicada hacia el exterior de la envolvente, para de esta manera tener mayor contacto con el ambiente exterior y retrasar más el intercambio

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  • Inercia Térmica: La inercia térmica en los materiales es la propiedad que indica la cantidad de calor que puede almacenar un cuerpo y la velocidad con la que cede o absorbe calor del entorno. Depende del calor específico, la densidad, el espesor y la conductividad térmica del material.

Los materiales que tienen una elevada inercia térmica generalmente son materiales pesados (con gran cantidad de masa térmica) que tienen la capacidad de absorber la energía calórica, almacenarla y distribuirla gradualmente en el espacio interior. En el estudio y utilización de estos sistemas hay que tomar en cuenta los efectos de retraso y de amortiguamiento térmico que tienen los materiales.

El retraso térmico hace referencia al tiempo que tarda en pasar el calor a través de una capa de material. Es decir, el tiempo transcurrido entre los momentos en que se dan las temperaturas máximas en cada uno de las superficies del material, y mientras mayor espesor, mayor capacidad térmica y menos conductividad, más tiempo requerirá la energía calórica para atravesarlo (Paricio, 1985).

El amortiguamiento térmico mide la reducción de temperatura cíclica de una superficie (generalmente la interior) respecto a la temperatura cíclica de la superficie contraria. El factor de amortiguamiento es la relación entre la oscilación de la temperatura de la superficie exterior y la oscilación de temperaturas de la superficie interior del cerramiento (González, 1996).

El uso más apropiado de este tipo de envolvente es en climas donde las oscilaciones de temperatura durante el día y la noche son muy significativas, para de esta manera trabajar con la inercia térmica, absorbiendo el calor durante el día y liberarlo durante la noche. Por otro lado, en climas cálidos los materiales con elevada inercia pueden llegar a tener efectos perjudiciales. Esto se debe a la superficie interior tiende a mantenerse estable durante todo el día, y de esta manera el calor absorbido por el material se libera en momentos en los que no es necesario.

Estos sistemas de envolventes tienden a tener tipologías unicapa, trabajando sólo con los parámetros del material con inercia requiriendo tener una sección grande de este material. Pero se pueden encontrar en sistemas multicapa cuando se acompañan de materiales aislantes térmicos para de esta manera reducir el tamaño de la sección del material inerte.

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  • Control de la Radiación Solar: Los sistemas de envolventes no sólo tienen que contrarrestar las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior, sino también tienen que controlar el nivel de exposición del edificio a los efectos de la radiación solar, ya que está por consecuencia, se transforma en flujos de calor que generan ganancias térmicas adicionales sobre el edificio (Paricio, 1997).

Para estas tipologías hay que tomar en consideración que las aplicaciones de estos tipos de envolventes y estos efectos de ganancias térmicas por medio de la radiación solar, dependen del tipo de radiación solar, con respecto a la ubicación geográfica, latitud, longitud, altitud, clima, orientación del edificio y posición solar.

De los tipos de radiación la que tenemos que tomar más en cuenta es la radiación solar incidente, la cual se mide en W/m2 y depende de la época del año y del grado de inclinación de la superficie receptora. Cuanto más perpendicular es la radiación solar a la superficie, mayor es la captación de energía transmitida al interior del edificio. Esta información también depende de la ubicación geográfica y la época del año, y puede ser consultada en tablas de radiación solar, que comparten los promedios mensuales de radicación de una locación en particular.

La radiación solar tiene incomparables tipos de efectos sobre los diferentes tipos de sistemas constructivos de envolventes verticales. Para las superficies opacas el efecto de la radiación solar es mucho menor que con las superficies vidriadas, ya que la transmitancia de los materiales opacos es menor que la de los vidriados.

Estos sistemas de envolventes se presentan tanto en vidriadas como en opacas con diferentes estrategias. Lo importante es saber si queremos o no ganancias solares en el edificio. Tomando en cuenta el tipo de clima y la localización del mismo, ya que en climas fríos es conveniente tener ganancias solares en el interior del edificio para calentar de manera pasiva los espacios, pero en climas cálidos es lo contrario, queremos evitar las ganancias solares para evitar que el espacio interior se recaliente y tengamos que perder mucha energía refrigerándolo.

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APLICACIONES ACTIVAS Y PASIVAS PARA LAS ENVOLVENTES:

                Las envolventes no sólo constan de la piel que envuelve el edificio, sino que también se apoyan en elementos que ayudan a controlar sus intercambios con el exterior. Estos elementos pueden ser pasivos o activos, esto significa que utilizan o no energía para trabajar. A su vez, para saber utilizar la envolvente como herramienta del diseño sostenible, es importante tener claro cómo y cuándo utilizar estos elementos de apoyo.

  • APLICACIONES PASIVAS: Las aplicaciones pasivas se clasifican tomando en consideración los puntos explicados anteriormente: el intercambio de energía y de agua. Tomando en cuenta como estos elementos apoyan, gestionan o evitan estos intercambios. Lo que hace a estas aplicaciones que sean pasivas, es que en su gestión no utilizan energía o agua para trabajar.

Estos elementos se clasifican en:

Para gestionar el intercambio de energía:

  • Protección contra la radiación solar: Se entiende por el apantallamiento de la superficie exterior, especialmente las ventanas, para contrarrestar una excesiva irradiación solar o deslumbramiento (Heinrich Schmitt, 2009). Este tipo de aplicación presenta tres limitantes: La necesidad de aportaciones térmicas en épocas frías, el objetivo de tener visuales directas y nítidas al exterior, y la gestión de luz natural diurna en el interior (Paricio, 1997). Por lo tanto, cuando se diseñan, hay que tomar en cuenta estas variables y calcular bien sus dimensiones, posición y diseño para que tenga un mejor funcionamiento, dependiendo de las condiciones del edificio.

Estos se pueden clasificar en: sistemas de protección solar fijos y adaptación al clima pasiva.

  • Captador de radiación solar: Se entiende por captador solar a la superficie que se diseña para dejar que el espacio interior sea calentado por la radiación solar. Estos sistemas sólo se deben utilizar en latitudes donde los climas predominantes sean fríos. Hay que tomar en consideración la orientación del edificio, el clima local y la inclinación solar en las épocas de invierno, para ubicar los captadores en las áreas de la envolvente donde tengan mayor incidencia solar.

Para gestionar el intercambio de agua:

  • Evaporación Pasiva: Este sistema de envolvente trabajan por medio de paneles de materiales porosos (por ejemplo la cerámica), los cuales filtran el agua por medio de los poros de la arcilla, esta agua filtrada cuando tiene contacto con el ambiente seco exterior se evapora, produciendo un enfriamiento del ambiente que la rodea. La clave del enfriamiento está, en la evaporación del agua exudada, ya que esta para evaporarse, extrae parte de la energía térmica del agua almacenada dentro del botijo. De esta manera el ambiente interior de los edificios que utilicen este sistema se ven afectados por este enfriamiento pasivo.
  • La captación y recolección de aguas de lluvia: Estos sistemas de envolventes son los que permiten la recolección de las aguas de lluvia para luego reutilizarlas dentro del sistema de aguas grises del edificio. Estos sistemas pueden ir desde lo más sencillo, teniendo sólo tanques de recopilación que estén conectados con los drenajes de aguas de lluvia que por norma tienen que tener el edificio, hasta sistemas más complejos, donde la geometría de la envolvente del edificio se diseña de cierta manera en que la recopilación de estas aguas sea mayor, aprovechando de mejor manera este tipo de recurso.
  • La humedad por medio de vegetación: El efecto de evaporación por medio de la fachada vegetal funciona por medio del enfriamiento por evaporación de las hojas y el suelo, dependiendo del tipo de planta, de la exposición de la misma, y el tipo de sistema constructivo que se le aplique, tomando en consideración que la humedad de esta piel vegetal solo se dará por medio de sistemas de riego y/o por medio de la capa de tierra compactada y la capa vegetal.

Estudios arrojan que es más rentable y eficaz la evaporación por agua para el enfriamiento de un edificio, vegetando las fachadas de un edificio ofrecemos un gran potencial de reducción de las temperaturas de las superficies de los edificios y aumenta la humedad interior por medio de la evapo-transpiración, mejorando su ambiente interior y su comportamiento con los espacios de alrededor del edificio (Sheweka, 2012). 

  • APLICACIONES ACTIVAS: Las aplicaciones activas se clasifican tomando en consideración el objetivo que tiene la utilización de las mismas en cuanto al comportamiento del edificio. Lo que hace que estas aplicaciones sean activas es que requieren de la utilización de energía para su funcionamiento. Estos elementos se clasifican en:
  • Producción de energía: Estos sistemas son los que integran mecanismos de producción de energía renovable directamente en el diseño de la envolvente. Dentro de esta categoría podemos ver sistemas que utilizan la radiación solar o que utilizan la velocidad del viento para producir energía. Integrando de esta manera sistemas fotovoltaicos, solar térmicos o eólicos en la envolvente.

Los mismos pueden ser sencillos, sólo integrando los sistemas dentro de la morfología del edificio, en superficies que no están utilizadas y en las orientaciones donde la producción sea mejor; o más complejos, donde se diseña la morfología de la envolvente del edificio para beneficiar al máximo esta producción.

  • Adaptación al clima activa: Se entiende como la habilidad de un sistema de cerramiento para adaptarse a las diferentes exigencias que tenga el clima de su localidad, soportando sus adaptaciones en sistemas secundarios que requieren un uso mínimo de energía para activarse. Estos sistemas son soportados por mecanismos electrónicos, sensores o motores, los cuales tienen la desventaja de requerir aún más mantenimiento que los sistemas pasivos.
  • Sistemas fotocatáliticos: Se entienden como los que aplican en sus sistemas materiales que tiene una respuesta química que descontamina el medio ambiente, esta respuesta química se llama fotocatálisis  (Fotocatálisis, 2011).

Para gestionar el intercambio de agua:

  • Evaporación Activa: Este sistema consiste en una red de tubos cerámicos que va adosada al exterior de la fachada, por los cuales corre agua de lluvia recolectada previamente en la cubierta del edificio (Nikken, 2011).

La evaporación del agua provoca que la temperatura de los tubos y del aire adyacente se reduzca dos grados centígrados, consiguiendo aportar en la disminución de los sistemas de refrigeración de los espacios adyacentes, y también aporta a disipar el efecto isla de calor

 

 

                La descripción de estas clasificaciones de envolventes según su comportamiento en términos de sostenibilidad logra una visión global de todos estos sistemas y sus implicaciones en el comportamiento sostenible del edificio. Esto genera un nuevo panorama y una nueva mirada hacia la escogencia y el diseño de estas envolventes, ya que actualmente el entendimiento de estos sistemas se basa en clasificaciones sobre los procesos constructivos o los materiales de revestimiento. Y con esta clasificación los arquitectos hoy en día pueden gestionar de mejor manera la escogencia del tipo de sistema que aplican en cada uno de sus diseños.

                Igualmente, se reafirma la importancia que tiene la envolvente en cuanto al funcionamiento sostenible del edificio, y como un buen diseño de este elemento arquitectónico se puede utilizar como herramienta estratégica para generar un buen funcionamiento del edificio en todo su ciclo de vida. Ya que es éste elemento el que controla los intercambios energéticos del espacio interior y el espacio exterior. Debido a esto, su buen funcionamiento es básico para generar el confort de los usuarios del edificio, y además apoyar la búsqueda de la reducción de demanda energética, la utilización de agua y la producción de emisiones de CO2 en los edificios.

                A su vez, unificando los criterios como se está haciendo en esta investigación, se aporta un mejor entendimiento a nivel de su funcionamiento sostenible, tomando en consideración que se fusionó la información de sistemas tradicionales con los sistemas innovadores. Y a su vez se unifican los conceptos sobre la arquitectura sostenible activa y pasiva, con los sistemas constructivos y sus implicaciones en el funcionamiento sostenible del edificio.

                El aporte más importante de esta investigación es que entendiendo bien cada tipología, y evidenciando como funcionan, sobre que latitudes y tipos de climas funcionan mejor, y sus diferentes aplicaciones, los arquitectos podrán utilizar estos conceptos para diseñar de mejor manera sus proyectos futuros, tomando en consideración la importancia que tiene el buen funcionamiento de la envolvente, y las implicaciones que tienen sus diseños en la eficiencia de los edificios.

CREDITOS:

Trabajo de investigación Doctoral
Universidad Ramón Llul, Barcelona/ España
Autores: Arq. MA. Michelle Sánchez de León
Coautor : Dra. Arq. Nuria Marti

BIBLIOGRAFÍA:

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  • Edwards, Brian. Titulo: Guía básica de la sostenibilidad. Segunda edición ampliada. Barcelona /España. Editorial: Gustavo Gili, 2009
  • Fotocatálisis, A. I. (2011). Titulo: Asociación Ibérica de la Fotocatálisis. Revisado: 05 18, 2011, Autor: Asociación Ibérica de la Fotocatálisis: http://www.fotocatalisis.org/
  • González Josep, Casals Albert, Falcones Alejandro. Titulo: Les Claus per a construir l´arquitectura, Tomo 1. Principis. Barcelona / España: Gustavo Gili, 1996.
  • Heinrich Schmitt, Andreas Heene. Titulo: Tratado de construcción, ovtava edición revisada y ampliada. Barcelona/ España: Gustavo Gili, 2009.
  • Monjo Carrió Juan, Titulo: Tratado de construcción Fachadas y Cubiertas Vol 1 y Vol 2. Madrid/España: Editorial Munilla-Leria, 2003
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  • Olgyay, Victor. Titulo: Arquitectura y Clima, manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Barcelona/ España: Editorial Gustavo Gili, 2010.
  • Paricio, Ignacio. Titulo: La Protección Solar. Zaragoza / España: Bisagra, 1997.
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  • Sánchez Ana, Gutiérrez Otiz. Titulo: Fachadas, cerramientos de edificios. Madrid / España: Editorial el Duende. 2011.
  • San Miguel, Sandra. Titulo: Un Vitruvio ecológico, principios y prácticas del proyecto arquitectónico sostenible. Barcelona / España: Gustavo Gili, 2007
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4 comments
  1. ropa hombre said:

    Puedes explicarnos ms sobre esto?, ha sido Genial encontras mas datos sobre este tema.

    • Gracias por tu comentario!, este artículo forma parte de una investigación que estamos realizando, por lo tanto más adelante tendremos más post sobre el tema, e iremos actualizando este mismo artículo. Por lo tanto puedes estar pendiente de nuestro futuros post que seguro profundizaran sobre el tema. Si tienes información al respecto que quieras compartir envíala a info@beyondsustainable.net!

  2. lottusse madrid said:

    Yo no estoy en linea con lo aqui escrito, pienso sinceramente que hay muchos aspectos que no han podido ser tomados en cuenta. Pero valoro mucho vuestra valoracion, es un buena web.

    • Gracias por tu comentario!. En realidad esta es una investigación en proceso y seguiremos actualizándola con más aspectos que iremos investigando sobre el tema, por lo tanto puedes estar pendiente de nuestros futuros post, y si tienes información sobre el tema que quieras compartir envíala a info@beyondsustainable.net, Gracias!

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