Libro sobre conferencias del curso 2006/07 de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Valencia
Eficiencia energética en arquitectura y urbanismo
Primero agradeceros que hayáis venido y agradecer al Departamento de Urbanismo que me haya invitado para poder estar aquí.
Vamos a centrar el tema de esta charla en lo que es la eficiencia energética en la edificación y, más concretamente, en lo que se refiere a la climatización natural de los edificios.
Definiciones
Los términos como por ejemplo arquitectura ecológica, bioclimatismo o practicas sostenibles, se están utilizando tanto que está perdiendo su significado. Una de las definiciones de arquitectura bioclimática es aquella que utiliza el propio diseño de la edificación para adaptarla al medio ambiente y que esta aproveche las características climáticas del entorno.
También se utiliza mucho el término de bio-construcción. Aunque muy relacionado con el anterior, está más centrado en el uso de los materiales. Que los materiales que utilizamos a la hora de construir contaminen lo menos posible (La no contaminación es imposible), que se produzcan los menos efectos nocivos posibles.
Ante la confusión que hay en estos términos y otros relacionados, debido al abuso en su utilización y la imprecisión de sus significados, yo prefiero hablar de eficiencia energética, término menos atractivo pero más preciso. Recientemente es el adoptado por el Código Técnico de la Edificación.
Medio Ambiente. La edificación la consideramos como aspectos separado del medio ambiente. El mismo término ya nos hace suponer inconscientemente que es algo ajeno a nosotros, cuando en realidad nuestras edificaciones forman parte de ese medio ambiente.
Apunte histórico
Los grandes pensadores griegos (Sócrates, Aristóteles , Esquilo...) en el año 500 a.C. estaban definiendo ya como se debía hacer el urbanismo y la construcción bioclimática o solar. Tenemos documentados los principios básicos que se debían tener en cuenta que son los mismos que se utilizan actualmente.
A lo largo de la historia grandes arquitectos: Vitrubio, Palladio, Le Corbusier,... han estado hablando sobre el acondicionamiento natural del edificio. Lo que ha sucedido es que nuestra cultura los ha olvidado repetidamente a lo largo de la historia, ahora se vive como algo nuevo, cuando son conceptos tan antiguos como la propia arquitectura.
Dentro de la ecología hay muchas tendencias, muchas maneras de ver las cosas, incluso enfrentamientos entre ellas. En cuanto a las tendencias de ecología en general, no las exclusivamente relacionadas con la arquitectura, entresacamos cuatro grandes movimientos:
1. Desarrollo sostenible. Es la tendencia dominante. Sólo es una de las formas de pensamiento que hay sobre la sostenibilidad. Supone que nuestra sociedad, con nuestro sistema económico, puede seguir desarrollándose sin dañar a la naturaleza. Se trata de buscar un sistema modificando lo mínimo para seguir desarrollándonos.
2. Conservacionistas. Aquellos que dicen que no hay que tocar la naturaleza. El hombre debe intervenir lo menos posible. Parece una cosa un poco utópica pero es una tendencia que tiene bastante eco en algunos círculos de pensamiento.
3. Neoliberal. Conservar la naturaleza pero sin que afecte al sistema de crecimiento. La figura visible de esta forma de pensamiento es el presidente de los Estados Unidos. Detrás tiene una gran cantidad de pensadores científicos que apoyan sus tesis. Confianza ciega en la ciencia que será capaz de solucionar todos los problemas que genere el desarrollo.
4. Ecología política. Es la tendencia más crítica. Dice que es incompatible nuestro sistema de crecimiento con la persistencia de la naturaleza.
En cuanto a las tendencias actuales en la arquitectura, la corriente más antigua denominada Low Tech (o No Tech). Son discípulos de Frank Lloyd Wright, considerados por muchos un arquitecto bioclimático y ecológico, aunque no ha escrito muchos textos al respecto. Muchos de sus discípulos son arquitectos a los que se les puede llamar "ecológicos". Destacaría a Paulo Soleri. Es la tendencia de poca intervención tecnológica y se basa en el diseño de la arquitectura.
Hay otra tendencia más conocida, la High Tech. Las figuras más destacadas son Norman Foster, Renzo Piano, etc... con gran influencia mediática. Abogan por una ecología basada en la tecnología.
Otras tendencias son vías intermedias entre las anteriores combinando el diseño natural con aportaciones tecnológicas. Denominadas humanismo ecológico, ecología democrática y social, minimalismo ecológico. Con ejemplos en los arquitectos Günter Behnisch,Stefan Behnisch, Bad Elster, Peter Hübner, D'lnka & Scheible, Kauffmann Theilig, Mahler Günster Fuchs, Glück & Partner oSchaudt , Baumschiager & Eberle y Hermann Kaufmann, entre otros.
Conceptos básicos
Me gustaría que os quedaran dos o tres conceptos claros. Desarrollando estos pueden aplicarse a cualquier estilo arquitectónico.
Si vamos a la raíz, los conceptos fundamentales son muy sencillos. Consiste en aplicar tres principios y buscar el equilibrio entre ellos. Dejando como anécdotas las soluciones concretas que nos alejan de la esencia de estos principios.
El primero de ellos es el aislamiento. No sólo que haya el aislamiento adecuado, sino que además, esté bien ejecutado. En la construcción actual se cuida muy poco la puesta en obra del aislamiento. Una de las cosas más importantes es que forme una envolvente continua, que no haya puntos por los que escape la energía.
El segundo concepto cuesta un poco más de entender pero es el segundo en importancia. Es la inercia térmica. La capacidad del edificio para almacenar energía. La energía se almacena en los suelos, en las paredes, en los muebles, en los elementos que tenemos en casa. Cuanto mayor inercia térmica tenga un edificio más capacidad tiene de almacenar esa energía y por tanto más fácil es la regulación de esta.
El tercero es la regulación de las aportaciones externas del clima. La principal de ellas es el sol.
En nuestro clima en Valencia se puede conseguir fácilmente que una edificación prescinda completamente de aparatos de climatización tanto para invierno como para verano, sin mayor coste económico.
Tópicos
Me gustaría hablar de alguno de los tópicos que existen sobre el tema. Una de las ideas más extendidas es que la arquitectura ecológica es más cara. Esto es falso. Decir que una casa eficiente energéticamente es más cara que otra es lo mismo que decir que una casa bien diseñada es más cara que una esté mal diseñada.
Las casas eficientes energéticamente en una ciudad pueden resultar más baratas que una casa convencional. Existe un sobrecoste en aislamientos, en tipo de materiales,... pero existe un ahorro inicial muy importante: podemos prescindir de elementos de climatización convencionales. Sólo este ahorro es económicamente superior a todos los demás sobrecostes.
Otro de los tópicos es que el ahorro es sinónimo de incomodidad. Para ser ecológicos tenemos que vivir de forma peor, pasar algo más de frío, renunciar a algunas comodidades,... Con este tipo de viviendas no ocurre esto sino todo lo contrario. El confort que conseguimos en una casa bien acondicionada energéticamente no lo podemos conseguir de ninguna otra manera. El cuerpo humano recibe la energía de varias maneras. Los dos principales son por transmisión-convección (el aire que tenemos alrededor nos transmite su temperatura) y por radiación. Aproximadamente tienen una importancia de un 50% cada uno. En una casa convencional donde usamos una calefacción, ésta calienta el aire y las paredes se calientan mucho más tarde. El calor que recibe el cuerpo es parte por el calor del aire y parte por la radiación. Podemos tener el aire a 26º a y en cambio las paredes a 18º. Esto equivale a una sensación térmica de unos 22°, no se complementa una con la otra. El otro caso sería una casa donde las paredes están calientes y en ese caso el aire no hace falta que esté tan caliente. Si las paredes están a 24° y el aire a 20° tenemos una sensación térmica también de 22º pero con un confort superior debido a que el aire que respiramos es más fresco. Los sistemas convencionales lo consiguen con mucha dificultad o no lo consiguen.
Para diseñar una casa necesitamos saber cómo funciona el sol. Todos sabemos que el sol sale por el este y se pone por el oeste, aunque esto sólo ocurre dos días al año, en los equinocios. El sol en verano sale por el noreste y en invierno sale por el sureste. En verano el sol tiene mucho más recorrido y en invierno este es menor. En verano el sol está muy vertical (74º en el solsticio en Valencia) en las horas centrales del día y en invierno está bastante horizontal (23º en el solsticio en Valencia). Simplemente poniendo un ventanal al sur con una pequeña protección podemos hacer que en invierno capte una gran cantidad de sol y en verano esta sea mínima. Sin utilizar ningún sistema automático, tecnológico...
Hay que tener en cuenta que la tierra tiene una gran inercia térmica. Las temperaturas que tenemos a lo largo del año van un poco retrasadas con respecto al movimiento del sol. El sol más vertical lo tenemos en junio, en el solsticio, en cambio el tiempo más caluroso es a finales de julio y principios de agosto.
Una de las cosas más importante de las casas bioclimática es que cuando el sol entra dentro de la vivienda repercuta lo máximo posible en los elementos masivos de la casa. Con eso conseguimos calentar las paredes y los suelos y cuando por la tarde se va el sol ceden energía.
El vidrio es transparente a la mayoría de la radiación del sol. En cambio, cuando el sol da en cualquier material parte de esa radiación se transforman en infrarroja. El vidrio es opaco a la radiación infrarroja. La energía se queda dentro. Es igual al funcionamiento del invernadero.
Cuando un material tiene mucha inercia térmica necesita más energía para aumentar su temperatura. El terreno tiene mucha inercia térmica. Cuanto más profundizamos bajo tierra más constante es la temperatura. En el gráfico podemos ver que a ocho metros de profundidad no existe prácticamente variación de la temperatura en todo el año. Lo podemos aprovechar en nuestra edificación. Pero no hace falta irse a tanta profundidad, a tres metros la variación de temperatura durante todo el año es menor a 3°.
En Valencia la temperatura media del suelo está en los 17-18°. En invierno captando energía del subsuelo podemos precalentar a 17º-18º el aire exterior que está a 4º-5º y en verano podemos preenfriar este.
Otro de los tópicos es que los edificios ecológicos tienen que ser para ambientes rurales, casas pequeñas, para gente alternativa,...
Me gustaría que os quitarais esa idea de la cabeza porque lo que importante son unos conceptos energéticos que funcionan de forma similar a cuando calculamos una estructura. Se calculan los elementos estructurales para que aguante unos determinados esfuerzos de igual modo se debe calcular su balance energético para que funcione en un equilibrio energético determinado. Es un proceso perfectamente científico y no tiene porqué estar ligado a ningún estilo arquitectónico y es aplicable a cualquier tipo de construcción.
Se dice que con este tipo de arquitectura podemos ahorrar, por ejemplo, un 50% de energía. Esto es otro tópico. Podemos ahorrar todo lo que queramos. El límite está en nuestros conocimientos y hasta dónde queramos llegar. La energía que recibe del sol una casa es muchísimo mayor de la que consume. Se trata de que nosotros sepamos aprovecharla.
Cálculo
Para el cálculo lo más importantes es el aislamiento y la inercia térmica y después la regulación de las aportaciones solares. La combinación de los dos primeros se calcula para que sea capaz de mantener un nivel de temperatura durante un periodo determinado. La energía se va perdiendo por bien que esté aislada. Se trata de que el régimen de pérdidas sea inferior a uno determinado previamente, de forma que podamos mantener una temperatura de confort durante el período que calculemos. En Valencia la probabilidad de que existan varios días nublados seguidos es muy baja. La climatología es muy variable, pero la estadística climática se comporta de forma estable.
Para calcular el máximo aprovechamiento no calculamos en el solsticio porque cuando más frío hace es a finales de enero o principios de febrero. Por eso necesitamos la inclinación de enero o febrero. Si tenemos un voladizo debemos garantizar que todo el sol entra dentro de la casa en invierno y que en julio y agosto (los meses más calurosos), no tenemos ningún aporte. Sólo con una cosa tan simple ya tenemos la mitad del camino hecho para calcular una casa eficiente energéticamente. Primero tenemos que aislar bien y darle la inercia térmica adecuada.
El sol siempre se mueve a la misma velocidad, 15° por hora. En verano el sol sale por el noreste, a mediodía está muy elevado y se pone por el noroeste. El comportamiento respecto al sur es simétrico. En invierno el Sol sale por el sureste y se pone por el suroeste, alcanza una altura menor.
El sol tiene un comportamiento perfectamente matemático. Se puede calcular en cada hora qué incidencia tiene, que cantidad está reflejada, qué porcentaje absorbe la atmósfera, las partículas de polvo... podemos saber exactamente cuántos kilovatios entran por cada ventana.
Con programas informáticos podemos calcular cuantos vatios entran por una ventana en cualquier momento del día cualquier día del año. ¿Y si está nublado? El clima es muy variable día a día pero estadísticamente se conforma de forma matemática. Hay muy poca variación del comportamiento de un mes de enero a otro del año siguiente. Con la inercia térmica acumulamos energía para que esos cambios puntuales no nos afecten a nuestro edificio, simplemente introducimos en el cálculo los factores debidos al régimen de nubosidad que se dé en esta zona
Con una carta solar tradicional podemos saber dónde se sitúan sol en cada día del año. Hoy tenemos ordenadores que nos pueden evitar los cálculos manuales.
Urbanismo
Voy a tocar por encima el tema del urbanismo aunque es uno de los campos más importantes donde aplicar estos conceptos. Al urbanismo se le debería pedir como mínimo el derecho al sol. Se puede diseñar el urbanismo de forma que con cualquier densidad edificatoria se puede garantizar que cualquier edificio tenga esa ganancia del sol.
Para el urbanismo tenemos que permitir que unos edificios no tapen el sol a otros. Se puede conseguir con densidades y alturas de edificios diferentes.
¿Cuánto gastamos?
¿Qué importancia tiene la energía de climatización en el conjunto de nuestra sociedad? Basándonos en los datos del INE nos dice que en climatización residencial gastamos entre un 15% y un 20% de la energía total que consume nuestra economía. Dentro de la vivienda entre 45% y el 60% corresponde a la climatización.
Acondicionamiento de espacios exteriores
No quería que pensarais que el acondicionamiento térmico está sólo en los interiores de las casas. El ambiente exterior también se puede acondicionar. Nos es lo mismo pasear por una avenida donde no hay ningún elemento de sombra en pleno agosto que pasear por una avenida con un arbolado que produce sombra. Automáticamente estás a varios grados menos. Los criterios de eficiencia energética son aplicables a espacios exteriores.
Esto es un ejemplo de una plaza que hay en Burjassot que no podían utilizar. Está orientada suroeste y en el mes de marzo o abril, un día soleado, no podían estar allí porque la temperatura se elevaba a 40º. Hicimos una intervención fundamentalmente climática. Son unas velas que tienen estudiada la orientación de manera que tapen la máxima radiación en los meses de verano. Las telas están agujereadas de manera que en verano dejan pasar el aire y no producen un efecto de sobrecalentamiento. Ahora mismo es la plaza más utilizada en Burjassot.
Puesta en obra del aislamiento
Primero tendríamos que calcular que cantidad de aislamiento ponemos. Se suele construir con espesores de 2 a 4 cm. El problema es que se aísla mal. Es más importante aislar bien que aislar con mucha cantidad. Yo hago el símil del vaso de agua, ¿para que nos sirve tener un vaso de agua perfectamente impermeable si le hacemos agujeros? El agua se va a salir. El principal problema que tiene la construcción convencional es que no se cuidan los puentes térmicos. La mejor forma de solucionar un problema es que este no exista, la manera de solucionar un puente térmico es que no haya. Es fácil construir sin puentes térmicos y además puede resultar más barato. Colocando el aislamiento por la cara exterior del cerramiento se consigue que gran parte de la masa del cerramiento participe en la inercia térmica del edificio.
