Casas pasivas en clima mediterráneo

Vivir en una casa pasiva está asociado a un bajo consumo de energía sin por ello tener que renunciar al confort de los usuarios. Para ello las casas pasivas se diseñan teniendo en cuenta las condiciones climáticas del lugar. Y claro, no es lo mismo diseñar una vivienda adaptada a un clima templado, como puede ser el mediterráneo, que a un clima más frío como por ejemplo el continental. Los criterios de diseño cambian. En este post vamos a analizar los recursos fundamentales para el diseño de una casa pasiva en un clima templado como puede ser el mediterráneo. Esperamos tus comentarios y no olvides compartir en redes sociales.

21-11-17

Casas pasivas y diseño pasivo

Casas pasivas

Antes de empezar vamos a analizar de dónde viene el concepto de casa pasiva. Porque resulta que tiene historia. Una historia que empieza en 1975. Año en que se empieza a escribir el libro Passive Solar Energy Book de Edward Mazria. Publicado en 1979, y que consistía en una guía de diseño de casas solares pasivas. Unas casas diseñadas para aprovechar las condiciones climáticas del lugar a cambio de reducir el uso de sistemas mecánicos de apoyo para calentar o refrigerar los espacios interiores. De esta manera se reduce considerablemente el consumo energético y por lo tanto las emisiones contaminantes. Se capta, se almacena y se hace circular el calor gracias a fenómenos físicos como la radiación, la convección y la conducción.

Diseño pasivo

Durante la misma época se empezó a utilizar el término diseño pasivo en los Estados Unidos. En este caso el departamento de energía estadounidense financió la edición de una guía de diseño de casas pasivas orientada a arquitectos y para cada clima del país. Hasta 16 tipos de climas diferentes. En esta guía se daban pautas de diseño para construir casas pasivas en función de las características del clima de cada lugar, poniendo en énfasis la importancia de este factor diferenciador: el clima.

Las condiciones climáticas influyen hasta tal punto en el diseño de casas pasivas, que la metodología de diseño pasivo para una clima no se puede aplicar para otro. El clima de un lugar se caracteriza por factores como la temperatura, la humedad, la velocidad y dirección del viento y la radiación solar. Por otro lado estos factores influyen en el comportamiento energético de los edificios que intercambian calor con el entorno exterior. En climas fríos por ejemplo, interesa que haya ganancias solares para no pasar frío en los espacios interiores. En climas más calurosos interesa bloquear la radiación solar o crear corrientes de aire por ejemplo, para que no suba la temperatura interior.

El clima

El clima mediterráneo es un clima templado. Por definición se caracteriza por tener inviernos templados y veranos calurosos. Los inviernos son lluviosos en comparación con los veranos que son secos. El otoño y la primavera suelen ser estaciones variables en cuanto a temperatura y precipitaciones. En el clima mediterráneo típico las mayores precipitaciones se producen en los equinoccios.  La temperatura media anual se sitúa en torno a los 20ºC, descendiendo por debajo de los 18ºC. En verano se superan los 22ºC e incluso los 30ºC. En invierno la temperatura mínima se sitúa en torno a los 8ºC.

Imagen. wikipedia. Clima Mediterráneo.

La arquitectura pasiva nos ofrece una serie de recursos con los que diseñar casas pasivas en función del clima. En un clima como el mediterráneo con veranos calurosos, en el que una buena parte del año la temperatura permanece media-alta, la mayoría de las estrategias estarán orientadas a bloquear la radiación solar para reducir las ganancias solares que puedan aumentar la temperatura interior. Para ello se utilizará protecciones solares, masa térmica complementada con ventilación nocturna o acristalamientos de protección solar. No obstante no nos podemos olvidar de los meses de menor temperatura. En este caso las estrategias estarán encaminadas a reducir las pérdidas energéticas y aprovechar la calefacción gratuita, con el objetivo de reducir la demanda energética de calefacción.

También podemos aprender de la arquitectura vernácula. Encontrar las pistas que nos permitan descubrir cómo funcionan los edificios en cada lugar para aplicarlas posteriormente en nuestros proyectos.

La orientación

La orientación tiene que ver con la manera en que un edificio se asienta en el lugar para aprovechar al máximo de las condiciones climáticas del entorno. Dependerá de dos factores fundamentalmente: el sol y el viento. Una vez conocida la orientación respecto de uno y de otro, analizaremos si interesa proteger la casa o no.

 

En un clima templado interesa la captación solar en invierno y la ventilación en verano. Los huecos orientados a sur permiten que la radiación solar penetre en el interior de la vivienda en invierno. En verano estos mismos huecos pueden aprovechar las corrientes de aire para refrigerar espacios siempre que la radiación solar se bloquee con algún tipo de protección como puede ser un voladizo. Las orientaciones este y oeste reciben radiación solar cuando la posición del sol es baja. En un clima templado y durante los meses de verano una orientación oeste puede generar ganancias solares no deseadas debido a su intensidad, si no se adoptan soluciones para evitarlo.

Imagen. Distribución de espacios para aprovechamiento ganancias solares. Espacios amortiguadores expuestos a vientos fríos y sin radiación solar.

Distribución de las estancias

Por último la orientación también influye en la distribución de las estancias de una casa pasiva. Orientar las estancias de una casa adecuadamente es una estrategia efectiva para reducir el consumo energético y no depender de aparatos de climatización. Para ello basta colocar las estancias de uso ocasional en orientaciones como la norte. Estos espacios actuarán como espacios amortiguadores. En cambio conviene orientar las estancias más vividas hacia el sur para donde es más fácil el control de la radiación solar y la exposición a los vientos fríos es menor.

Protección solar

En un clima templado adoptar estrategias que permitan generar sombras es fundamental para evitar que la temperatura interior aumente durante los meses más calurosos. Para ello se adoptarán soluciones de protección solar y su diseño dependerá básicamente de la orientación del elemento a proteger. En orientaciones sur interesan elementos horizontales como aleros, marquesinas, toldos o lamas horizontales; en orientaciones este y oeste son más efectivas las lamas verticales.

 

La vegetación también puede ser un elemento eficaz como dispositivo de protección solar. Los árboles de hoja caduca pueden bloquear la radiación en verano y permitir su paso en invierno cuando se ha caído la hoja. Las orientaciones este y oeste son perfectas para recurrir a esta estrategia y bloquear la radiación intensa por la mañana y también durante la tarde.

Calefacción pasiva

Un sistema de calefacción pasiva es aquel que aprovecha la radiación solar como fuente de calor para alcanzar el confort de los usuarios en los espacios interiores. Las estrategias pasivas más comunes que permiten aprovechar el calor del sol son:

1. Un invernadero

Construir un invernadero o galería acristalada orientada a sur para captar calor, almacenarlo y luego distribuirlo a los espacios interiores por convección. Para ello se instalarán huecos en la parte superior del muro aislado, que separa el espacio donde se acumula el calor del resto de los espacios a calefactar. El aire caliente ascenderá en el interior de la galería y será distribuido a través de dichos huecos hacia los espacios interiores. En verano sin embargo, dichos huecos se cerrarán y el invernadero se deberá proteger a la vez que ventilar hacia el exterior para evitar ganancias de calor no deseadas.

2. Inercia térmica

Aprovechar la inercia térmica de los materiales de cerramientos y elementos de compartimentación interior, para acumular calor y después cederlo cuando baja la temperatura hacia los espacios interiores.

3. Paneles solares térmicos

Captar la radiación solar directa a través de paneles solares térmicos para producir agua caliente.

4. Superficies acristaladas a sur

Orientar los huecos acristalados a sur para aprovechar las ganancias solares y aumentar la temperatura en los espacios interiores. Esto unido al resto de cargas internas y el uso de recuperador de calor para reducir las pérdidas de calor hacia el exterior, permite que una casa pasiva se pueda calentar sin tener que recurrir a sistemas mecánicos en un clima templado.

5. Muro trombe

Construir un muro trombe. El funcionamiento es parecido al del invernadero pero además aprovecha la inercia térmica de un muro generalmente pintado de negro para aumentar la absorción de calor. Se combinan por lo tanto los mecanismos de convección y conducción para transmitir el calor acumulado a los espacios interiores. También se realizarán aperturas en el muro intermedio. Por un lado, las aperturas inferiores permiten la entrada del aire a calentar del espacio interior. Por otro, las aperturas superiores permiten la salida del aire calentado en la cámara del muro trombe hacia el espacio interior. En verano se deberá de proteger el muro trombe de la radiación solar para evitar ganancias de calor no deseadas.

6. Muro de agua

Construir un muro de agua. Su funcionamiento y composición es similar al del muro trombe. En este caso el muro intermedio es un contenedor de agua y por lo tanto con mayor inercia que un muro sólido de hormigón o de piedra.

Refrigeración pasiva

En un clima templado una de las estrategias principales consistirá reducir la demanda de refrigeración ya que se cuenta con más meses de calor que de frío. Primero reduciendo al máximo las ganancias de calor y segundo aumentando las pérdidas para mantener la temperatura de confort en los espacios interiores. Para ello existen estrategias de refrigeración pasiva como las que se comentan a continuación:

1. Aprovechar corrientes de aire fresco

Orientar las viviendas para aprovechar las corrientes de aire fresco como sistema de refrigeración pasiva de los espacios interiores en los meses cálidos. Tanto en zonas urbanas como en zonas rurales la vegetación produce áreas de sombra que sirven para refrescar las corrientes de aire caliente. Por otro lado, en las zonas de costa el agua del mar actúa de la misma manera durante la noche refrescando el aire cálido que circula por encima de ella.

2. Dinámica de fluidos

El aire caliente tiende a ocupar espacios más fríos. Esto sucede tanto con el aire que proviene del exterior, como con el aire en el interior de un edificio entre espacios. Se trata de un mecanismo que se puede utilizar en una casa como estrategia pasiva para reducir la temperatura interior. Por ejemplo, se puede aprovechar patios interiores en sombra o con presencia de agua como puede ser una fuente o vegetación, donde la temperatura es inferior, para crear este efecto.

3. Muro de agua + ventilación natural

También se puede utilizar como estrategia de refrigeración pasiva un muro de agua ya comentado en el apartado anterior. Para ello es necesario combinar el muro de agua con ventilación natural actúa como refrigeración. Durante el día en los meses cálidos se debe limitar la ventilación mientras el muro almacena el calor y la temperatura interior permanece estable. Durante la noche la ventilación natural nocturna disipa el calor acumulado en el muro.

4. Chimenea solar

Construir una chimenea solar que utiliza el mecanismo de la convección del aire para mejorar la ventilación natural y refrigerar de forma pasiva. La chimenea solar utiliza la energía solar para calentar el aire en su parte superior. Al salir hacia el exterior el aire calentado, crea un vacío en la base de la chimenea, generando el tiro y por tanto forzando el aire interior a salir hacia el exterior a través de la misma. Es una buena estrategia ya que se crean corrientes de aire en el interior en ausencia de corrientes de aire en el exterior que poder aprovechar.

Aislamiento térmico

El aislamiento térmico permite aislar los espacios interiores de las variaciones de temperatura del exterior. Por un lado permite conservar el calor en invierno limitando las pérdidas de calor hacia el exterior. Por otro impide que el calor del ambiente exterior sea transmitido hacia el interior reduciendo las ganancias de calor por cerramientos y conservando la temperatura interior. En climas cálidos el espesor de aislamiento térmico es menor en comparación con el necesario en climas fríos. El espesor óptimo puede variar de entre los 6 y los 14 cm según el tipo de cerramiento (vertical u horizontal) y la zona climática. No tiene sentido utilizar espesores mayores que apenas reducen las pérdidas energéticas y que suponen un mayor coste económico.

Inercia térmica

La inercia térmica es un buen recurso en zonas donde la variación de temperatura entre el día y la noche es amplia (mínimo de 6ºC) y sobre todo en lugares donde la humedad del aire es baja. La inercia térmica de cerramientos exteriores expuestas a la radiación solar directa, permite almacenar el calor durante el día y así estabilizar la temperatura interior. En climas templados se recomienda aprovechar la inercia térmica de cerramientos orientados a oeste donde la radiación solar es más intensa. Estos deben de tener espesores comprendidos entre los 15 y los 60 cm según el material utilizado.

Imagen. Cubierta vegetal que aporta inercia térmica y evita pérdidas de calor hacia el exterior.

Por otro lado para aprovechar la inercia térmica de particiones interiores, estas deberán ser expuestas a la radiación solar directa a través de los huecos acristalados o bien simplemente absorberán el calor debido a las fuentes internas de calor.

En cualquiera de los dos casos, en zonas donde el calor es extremo, conviene además complementar la inercia térmica de cerramientos y particiones interiores ventilando con el aire nocturno más fresco para disipar el calor acumulado, precisamente para que no se produzca el efecto contrario.

Huecos

Los huecos, puertas y ventanas, proporcionan iluminación y también ventilación. Por otro lado sirven para establecer una conexión entre el espacio exterior y el interior de una casa.  Sin embargo su diseño, distribución y dimensiones deben ser estudiados con cuidado ya que pueden ser causa tanto de ganancias como de pérdidas de calor no deseadas. Las ventanas se componen de dos elementos principales. Por un lado el marco y por otro el acristalamiento. En un clima templado será necesario tener en cuenta la orientación de la ventana para determinar el tipo de vidrio más adecuado. Por regla general los parámetros a tener en cuenta serán:

1. El valor g del vidrio

Un valor bajo de factor solar implica protección solar e impide que el calor penetre en el interior de la casa, reduciendo la demanda de refrigeración en verano. En caso de no disponer de protecciones solares efectivas en orientaciones este, oeste e incluso en el sur.

2. La emisividad del vidrio

Un valor bajo de emisividad permite que el calor se acumule en el interior de la casa reduciendo las pérdidas de calor a su través. Algo muy necesario en ventanas de grandes dimensiones orientadas a norte.

3. El coeficiente U

Coeficiente U de transmisión del vidrio y del marco. Un valor bajo supone una menor transmisión de calor a través del vidrio o bien del marco.

4. Contraventanas

El uso de contraventanas en invierno permite reducir las pérdidas de calor hacia el exterior en invierno durante la noche, además de proporcionar oscurecimiento, evitando por lo tanto la colocación de persianas.

Fuente: 101 reglas básicas para una arquitectura de bajo consumo energético, Huw Heywood.

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