9 principis de l’arquitectura bioclimàtica

Entenem l’arquitectura bioclimàtica com el disseny arquitectònic que aprofita les condicions favorables del clima i de l’entorn natural on s’emplaça, utilitzant materials de procedència local.

Es tracta d’integrar, en el procés de disseny, solucions arquitectòniques que optimitzin els recursos climàtics i assegurin el confort de l’habitatge.

L’arquitectura bioclimàtica suposa un canvi d’enfocament respecte a l’arquitectura convencional de les últimes dècades. Les construccions ja no donen l’esquena a la natura, sinó que hi interactuen. La configuració dels espais, l’orientació i les obertures, els materials i colors o la pròpia morfologia de l’edifici són alguns dels factors a tenir en compte per realitzar una correcta anàlisi bioclimàtica.

Construir segons les pautes del disseny bioclimàtic permet minimitzar l’impacte dels edificis sobre el medi ambient. Es tracta, per tant, d’un canvi de mentalitat essencial per frenar el canvi climàtic.

OBJECTIUS DE L’ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA

Decantar-se per un tipus de construcció que integri els principis de l’arquitectura bioclimàtica suposa una sèrie de beneficis, no només per al medi ambient, sinó també per als ocupants de l’edifici. Un edifici bioclimàtic genera espais saludables, millorant la qualitat de vida dels usuaris.

D’altra banda, el màxim aprofitament dels recursos naturalment disponibles, com ara el sol, la vegetació, la pluja o el vent, afavoreix un menor impacte ambiental, reduint els efectes negatius de l’edifici sobre l’entorn. Al seu torn, aquesta integració de l’espai construït en el paisatge natural resulta en edificis visualment més harmònics.

L’optimització de les condicions de l’entorn, a més de suposar una manera d’adaptació al medi, permet integrar solucions passives d’estalvi energètic. Per tant, l’arquitectura bioclimàtica aposta pels edificis NZEB – Edificis de Consum Gairebé Nul – és a dir, per l’eficiència energètica, sent aquesta un dels factors clau de l’arquitectura sostenible. [1]

L’ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA I L’ARQUITECTURA PASSIVA

Arquitectura bioclimàtica i arquitectura passiva són dos conceptes que, tot i estar relacionats entre si, posseeixen diferents significats que permeten distingir-los. Ambdós entren dins del marc de l’arquitectura sostenible, centrada en construir respectant el medi ambient. La sostenibilitat fa referència a aquella arquitectura que es manté en el temps sense esgotar els recursos no renovables.

En aquest cas, l’arquitectura passiva se centra essencialment en la idea d’eficiència energètica i de les estratègies dutes a terme perquè l’edifici no necessiti un aportament actiu d’energia per al seu ús i funcionament. Això és possible, en part, gràcies al disseny bioclimàtic que permet aconseguir el confort a l’habitatge durant tot l’any sense necessitat d’activar cap mecanisme extra.

En canvi, l’arquitectura bioclimàtica se centra més en el propi procés de disseny de l’edifici des de la fase de concepció del projecte fins a la seva posada en obra. Tracta d’aprofitar de la manera més òptima els beneficis ambientals, estudiant en profunditat les condicions climàtiques i els materials locals i utilitzar tots aquests factors al seu favor.

És a dir, es podria entendre que el concepte de bioclimatisme va més enllà del concepte d’arquitectura passiva en què es consideren únicament factors energètics per anar un pas més en la integració en l’entorn, traient el màxim partit dels recursos disponibles, ja siguin climàtics o materials, en un determinat lloc. [2]

Així, l’arquitectura bioclimàtica és el disseny d’espais de vida que s’adapten al clima i recursos del lloc on s’implanta, cosa que podria llegir-se com la definició més essencial del que ha de ser l’arquitectura.

ELS 9 PRINCIPIS DE L’ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA

Per dissenyar un edifici des de la perspectiva bioclimàtica, és fonamental tenir en compte una perspectiva holística de disseny, considerant múltiples factors que estaran involucrats en la fase de disseny, construcció i ús d’un edifici.

Hem recollit els 9 principis de l’arquitectura bioclimàtica, que permeten dissenyar entorns construïts adaptats als éssers vius, les condicions climàtiques i els recursos d’un lloc. [3]

1. CAPTACIÓ i protecció SOLAR

Captació solar

L’estrella al voltant de la qual rotem, el Sol, constitueix la principal font de vida, llum i energia del nostre planeta, és una font inesgotable disponible des de qualsevol punt del planeta Terra.

Per tant, en tractar-se d’una font d’energia inesgotable, la utilització de la radiació solar amb finalitats d’eficiència energètica suposa un recurs evident al qual recórrer a l’hora de dissenyar un habitatge.

Per aconseguir valors significatius d’aprofitament energètic, és important tenir en compte que les principals superfícies de captació solar són les obertures de l’edifici. D’aquesta manera, l’orientació de l’habitatge i la mida de les obertures es converteixen en factors clau a escollir en un projecte arquitectònic.

L’orientació de l’edifici constitueix un punt estratègic per assegurar un bon disseny bioclimàtic. Coneixent l’hemisferi en què ens situem, és convenient que les obertures de l’edifici estiguin dirigides en la mesura del possible cap al Sud, ja que es tracta de l’orientació que major radiació directa rep al llarg de l’any.

A l’hivern, a causa de les baixes temperatures, la demanda energètica augmenta i això es tradueix en una necessitat més gran per captar radiació solar que a l’estiu, quan, davant la pujada de temperatura, és convenient intentar protegir-se’n. Per a això, l’arquitectura bioclimàtica planteja dissenyar mecanismes que permetin l’entrada de llum i calor en dies freds i permetin de la mateixa manera evitar els seus efectes en èpoques caloroses.

En paral·lel, la inclinació solar també juga un paper fonamental en l’estudi bioclimàtic. A l’hivern, el sol incideix amb menys inclinació que a l’estiu, estació en què el sol assoleix la major altura. La solució al sobreescalfament d’estiu es tradueix en plantejar un element en voladís davant de les obertures, com ara un porxo o una pèrgola exterior, que obstaculitzi l’entrada de raigs de sol en els mesos més calorosos en què la incidència del sol sigui més vertical. D’aquesta manera, s’assegura un major confort tèrmic a l’habitatge reduint al seu torn la demanda de sistemes mecànics addicionals.

És important tenir en compte les característiques del vidre que s’escull per a cada habitatge:

Doble o triple vidre

El vidre és un material sensible als canvis de temperatura, per tant, convé evitar l’ús de vidre simple, intentant integrar sempre el sistema de doble o triple vidre en les nostres construccions. Aquest sistema d’aïllament tèrmic es basa en crear un espai buit entre les peces de vidre que el componen, impedint que la temperatura interior s’igual amb l’exterior.

Cambra entre làmines de vidre

La disposició d’una cambra d’aire entre les 2 peces de vidre millora el comportament tèrmic de la finestra. L’aire interior del sistema de cambra d’aire estanca clàssic del doble vidre pot substituir-se per gasos de menor conductivitat tèrmica que l’aire. L’ompliment de la cambra amb gas argó assegura unes majors prestacions tèrmiques i acústiques.

Factor solar

El factor solar del vidre a escollir depèn de la quantitat de radiació solar que penetra a l’interior de l’habitatge i del respectiu efecte de reflexió a l’exterior. Per garantir el confort dins de la llar, existeixen vidres laminats de control solar que filtren els raigs solars permetent el pas de llum natural, però evitant la radiació calorífica excessiva del Sol.

Aquesta és una característica que s’ha d’estudiar amb deteniment en funció de l’estudi de demanda energètica, ja que un factor solar elevat reduirà la incidència solar i, per tant, disminuirà el guany de temperatura interior a l’hivern. Per contra, un factor solar reduït permetrà l’assolellament directe i requerirà una protecció solar addicional. En general, sol ser sempre recomanable utilitzar factors solars reduïts que permetin un correcte assolellament i guany de temperatura i disposar de proteccions solars que ens permetin decidir i regular la incidència de llum i calor en funció de l’època de l’any i de la temperatura interior.

PROTECCIÓ SOLAR

Les proteccions solars a les cases bioclimàtiques tenen com a objectiu evitar el sobreescalfament de l’habitatge en els mesos calorosos de l’any.

Un correcte disseny d’aquestes proteccions evita la instal·lació d’aparells d’aire condicionat afavorint l’estalvi de consum energètic i millorant la qualitat de l’ambient interior, ja que no hem d’oblidar que els sistemes de refrigeració actius redueixen considerablement la humitat relativa interior, ressecant les nostres mucoses i provocant la disminució de les nostres defenses.

Per assegurar una major eficiència, és important col·locar els sistemes de protecció solar a l’exterior de l’edifici, impedint que la radiació solar penetri el vidre.

A més, és convenient escollir proteccions solars diferents que s’adaptin a les circumstàncies de cada façana. Les orientacions a sud són les que més pateixen la incidència del sol, per la qual cosa seran les que millor sistema de protecció solar necessitin.

Els millors sistemes de protecció solar són els elements horitzontals com les lames orientables, que protegeixen de la radiació solar però asseguren el pas de llum i ventilació.

Porxos o pèrgoles

Les estructures annexes a l’edifici com porxos o pèrgoles generen espais d’ombra a l’exterior de l’habitatge. A més de reduir la radiació directa del sol contra les finestres de l’edifici de cara al confort interior de l’habitatge, creen un espai exterior de qualitat de dimensions generoses.

Es dissenyen segons una geometria que permeti la incidència solar a l’hivern però que controli la radiació de l’estiu. En tractar-se d’estructures relativament permeables a la llum, interessa combinar-les amb una protecció vegetal de fulla caduca que cobreixi la totalitat de la pèrgola, afavorint l’eficiència de l’estructura.

Les espècies vegetals de fulla caduca, a l’estiu, generen una cobertura vegetal que aporta sensació de frescor mentre que, a l’hivern, en perdre les seves fulles, l’estructura queda descoberta permetent l’entrada de raigs de sol que escalfen tant l’espai protegit per la pèrgola com l’interior de l’habitatge.

Ràfecs

Els elements horitzontals són la solució més efectiva entre els diferents sistemes de protecció solar. Els ràfecs són una opció de sistema horitzontal i fix que permeten l’ombreig de les façanes de l’habitatge.

A l’estiu, en incidir els raigs de sol més verticalment, el ràfec fa de barrera impedint el sobreescalfament de la façana. No obstant això, a l’hivern, a causa del canvi d’angle d’incidència, la radiació solar arriba a la façana i a les respectives obertures.

Els ràfecs són voladissos que sobresurten respecte del pla de façana principal el suficient per poder protegir-se del sol a l’estiu i, al seu torn, gaudir dels seus beneficis a l’hivern. És convenient calcular la seva mida segons l’orientació de l’edifici – solen assolir 1 m en general.

Lames horitzontals regulables

Es poden utilitzar sistemes de protecció solar mòbils que es regulin en funció de les condicions climàtiques, controlats per l’usuari de l’habitatge al llarg del dia. La millor solució mòbil són els sistemes exteriors de lames horitzontals regulables.

Les lames regulables eviten l’entrada de radiació solar directa, però permeten l’entrada de llum indirecta. Això afavoreix una correcta il·luminació interior alhora que atenua els efectes nocius de l’exposició directa al sol. Per permetre un control de la calor i no només de la llum és fonamental que la instal·lació sigui exterior a l’habitatge.

Es tracta d’una solució que presenta nombroses avantatges sobre les persianes interiors. Aquestes últimes no permeten ventilar, mentre que les lames horitzontals afavoreixen la ventilació creuada.

El Document Bàsic d’Estalvi d’Energia del Codi Tècnic de l’Edificació, secció 1 del DB HE del CTE [4], determina condicions per al control de la demanda energètica de l’edifici, establint una sèrie d’exigències que consideren el control de la demanda energètica a través de dispositius d’ombreig mòbil en finestres.

El color de la façana

El color de la façana afecta la radiació solar i l’escalfament de l’habitatge. Les tonalitats clares, com ara el blanc o el beix, absorbeixen menys energia calorífica que els colors foscos. Per exemple, el color blanc reflecteix la calor i la llum, impedint que l’interior s’escalfi amb tanta facilitat.

2. VENTILACIÓ CREUADA

El vent constitueix un recurs natural, renovable i inesgotable, per la qual cosa conèixer les seves propietats per dissenyar a favor seu es converteix en una estratègia fonamental en tot procés projectual.

Un dels sistemes més eficients de l’arquitectura bioclimàtica és la ventilació creuada. Es tracta d’un sistema de renovació de l’aire pel qual es disposen les obertures de l’edifici en façanes oposades o adjacents, afavorint l’admissió i l’extracció de l’aire de manera natural. Aquesta renovació sistemàtica de l’aire manté les condicions de salut de l’ambient interior naturalment sense necessitat d’instal·lar aparells mecànics de climatització – es tracta d’una de les mesures de major eficiència energètica.

Ventilació natural

La ventilació creuada natural consisteix a assegurar una correcta ventilació de l’habitatge, creant corrents d’aire de nord a sud, és a dir, d’una façana freda a una de més calenta.

Els corrents d’aire es produeixen gràcies a les diferències de pressió existents a les façanes oposades de l’edifici nord-sud.

La ventilació creuada contribueix a millorar la sensació tèrmica durant els mesos càlids. I és que sabem que la sensació tèrmica ve determinada no només per la temperatura sinó també per la humitat i la velocitat del corrent d’aire.

Ventilació convectiva

La ventilació convectiva s’explica segons el fenomen de l’efecte xemeneia. Es tracta d’un tipus de ventilació basada en les diferències de temperatura de les masses d’aire existents a l’interior d’un habitatge, conegut com a estratificació tèrmica.

L’estratificació és un efecte tèrmic de l’aire dins d’un espai tancat causat per la diferència de densitat entre l’aire calent i l’aire fred. L’aire calent, en ser menys dens, ascendeix i s’acumula a les parts més altes de les estances, mentre que l’aire fred, de major densitat, tendeix a concentrar-se a les parts més baixes. Per això, com més alt sigui el sostre, més gran serà el potencial d’estratificació.

Davant d’aquest efecte, es plantegen obertures a les parts altes de l’estança, a la coberta, per exemple, de manera que l’aire calent acumulat a les zones altes s’alliberi, podent així mantenir l’aire interior a una temperatura adequada. Existeix de la mateixa manera la possibilitat de col·locar obertures a la part inferior, prop del terra, perquè l’aire fred empenyi l’aire calent cap amunt, on s’ubicaran les obertures de sortida d’aire.

Per assegurar un major confort tèrmic, és important evitar les pèrdues de calor a l’hivern i els guanys de calor a l’estiu a través de la part superior de l’edifici. Una solució per frenar aquesta transferència de calor és integrar un altell entre l’últim pis de l’habitatge i la coberta, que, a manera de doble coberta autoventilada, afavoreixi la renovació de l’aire interior.

3. INÈRCIA TÈRMICA

La inèrcia tèrmica és una propietat bàsica i inherent a l’escorça terrestre. En arquitectura, s’entén per inèrcia tèrmica la capacitat de certs elements constructius per emmagatzemar calor, conservar-lo i alliberar-lo progressivament.

Integrar sistemes radiants que tinguin en compte la capacitat inercial dels materials, afavoreix un intercanvi de calor directe que ens permet prescindir de l’ús de sistemes mecànics de climatització sense perdre el confort tèrmic. La idea és assolir temperatures estables al llarg del dia. Per a això, és interessant aprofitar les diferències de temperatura entre l’edifici i l’exterior amb la idea de compensar-les.

A l’estiu, és convenient protegir-se de la calor mitjançant un bon aïllament exterior i proteccions solars directes col·locades a les obertures de l’edifici. Els murs d’inèrcia acumulen la frescor de la nit, i, al no tenir guanys per façana o per obertures, no se sobreescalfen mantenint la frescor durant el dia.

En canvi, a l’hivern, el sol entra a través de les obertures que es desprotegeixen, deixant que la radiació solar incideixi sobre murs o paviments d’inèrcia i aconseguint un efecte d’acumulació de calor que es manté durant la nit quan les temperatures baixen.

Materials amb inèrcia tèrmica elevada

Les característiques a tenir en compte a l’hora d’escollir un material amb alta inèrcia tèrmica són la calor específica, la massa i la densitat.

Els materials amb millor inèrcia tèrmica – major capacitat calorífica – són la terra en format compactat o mitjançant blocs preformats, la pedra o fins i tot els materials ceràmics.

D’altra banda, l’element natural de major calor específica és l’aigua, encara que, per norma general, els líquids no són utilitzats com a materials constructius. La terra vegetal, en canvi, pel seu gran contingut en aigua, és una alternativa que assegura una alta inèrcia tèrmica. Aquesta solució es troba en cobertes enjardinades o teulades verdes.

Pel que fa als sistemes constructius tradicionals com el formigó, malgrat disposar d’una inèrcia tèrmica considerable, es tracta d’un material no transpirable. Això el converteix en una solució inadequada per a la consecució d’un ambient interior saludable, a més de comptar amb una elevada petjada ecològica.

4. HERMETICITAT I RENOVACIÓ CONTROLADA DE L’AIRE

L’hermeticitat és un dels pilars de l’arquitectura bioclimàtica i suposa un dels punts fonamentals per assolir el consum gairebé nul.

S’entén per edifici hermètic un edifici que no té pèrdues ni intercanvis indesitjats d’aire amb l’exterior. Per tant, cal dissenyar un tancament hermètic continu, amb unions ben definides, sense juntes ni perforacions per les quals es perdi o es guanyi energia de l’exterior.

Per garantir una alta hermeticitat és important realitzar uns plànols constructius detallats, que assegurin el bon disseny de cada trobada – juntes de finestres, trobades mal resoltes, trobades de forjat, ponts tèrmics, etc.

L’aire que entra des de l’exterior refreda la temperatura interior a l’hivern i l’escalfa a l’estiu, suposant un augment de la demanda d’energia per assegurar el confort.

En paral·lel, els ponts tèrmics pels quals l’aire interior surt a l’exterior, en èpoques fredes, provoquen condensacions en els elements constructius que danyen l’envolvent.

L’envolvent no ha de ser la responsable de renovar l’aire interior. Provocar un moviment de l’aire dirigit gràcies a les obertures de l’edifici i els sistemes de ventilació preestablerts és la manera més òptima de garantir el confort tèrmic. El CTE (DB-HE 1) parla específicament de «cuidar les trobades entre buits i opacs», establint la permeabilitat mínima que han de tenir els sistemes de fusteries, a més de limitar la permeabilitat de l’envolvent tèrmica en relació amb el pas d’aire».

5. AÏLLAMENT TÈRMIC

Garantir un correcte aïllament tèrmic en un edifici resulta fonamental en el disseny de l’arquitectura bioclimàtica.

L’aïllament tèrmic es refereix a l’ús de tancaments els materials dels quals tinguin la capacitat de reduir els fluxos de calor. Per això, cal realitzar una anàlisi especialitzada del clima que permeti determinar el tipus d’aïllament i el gruix requerit en cada cas.

Una envolvent correctament aïllada suposa una millora de les condicions de confort interior, reduint les necessitats de calefacció i refrigeració al màxim – sent els sistemes de climatització mecànica una de les majors fonts de consum energètic en un habitatge. Per tant, la idea d’aïllar un habitatge es basa essencialment a retenir la calor a l’hivern i retenir el fred a l’estiu, evitant d’aquesta manera els canvis bruscos de temperatura.