Calentamiento Solar Pasivo

ARQUITECTURA SUSTENTABLE

La arquitectura sustentable es un modo de concebir el diseño arquitectónico buscando aprovechar los recursos naturales de tal modo que minimicen el impacto ambiental de los edificios sobre el medio ambiente y sus habitantes.

Los principios de la arquitectura sustentable incluyen:

• La consideración de las condiciones climáticas, la hidrografía y los ecosistemas del entorno en que se construyen los edificios, para obtener el máximo rendimiento con el menor impacto.

• La eficacia y moderación en el uso de materiales de construcción, primando los de bajo contenido energético frente a los de alto contenido energético

• La reducción del consumo de energía para calefacción, refrigeración, iluminación y otros equipamientos, cubriendo el resto de la demanda con fuentes de energía renovables

• La minimización del balance energético global de la edificación, abarcando las fases de diseño, construcción, utilización y final de su vida útil.

• El cumplimiento de los requisitos de confort higrotérmico, salubridad, iluminación y habitabilidad de las edificaciones.

CALENTAMIENTO SOLAR PASIVO

Los edificios concebidos mediante el diseño solar pasivo incorporan la inercia térmica mediante el uso de materiales de construcción que permitan la acumulación del calor en su masa térmica como el hormigón, la mampostería de ladrillos comunes, la piedra, el adobe, la tapia, el suelo cemento, el agua, entre otros (Muro Trombe).

En un edificio solar pasivo el diseño permite que éste aproveche la energía del sol eficientemente sin el uso de ciertos mecanismos especiales, como por ejemplo: células fotovoltaicas, paneles solares, colectores solares (calentamiento de agua, calefacción, refrigeración, piscinas), valorando el diseño de las ventanas.

Para minimizar la pérdida de calor se busca que los edificios sean compactos y se logra mediante una superficie de muros, techos y ventanas baja respecto del volumen que contiene. Esto significa que los diseños muy abiertos de múltiples alas o con forma de espina deben ser evitados, prefiriendo estructuras más compactas y centralizadas. Los edificios de alta compacidad tradicionales en los climas muy fríos son un buen modelo histórico para un edificio energéticamente eficiente.

Las ventanas se utilizan para maximizar la entrada de la luz y energía del sol al ambiente interior mientras se busca reducir al mínimo la pérdida de calor a través del cristal (un muy mal aislante térmico). En el hemisferio sur implica generalmente instalar mayor superficie vidriada al norte para captar el sol en invierno y restringir al máximo las superficies vidriadas al sur. Esta estrategia es adecuada en climas templados a muy fríos.

El calentamiento solar pasivo aprovecha la radiación solar para elevar la temperatura interior procurando no llegar al sobrecalentamiento y protegiendo el interior por la noche para evitar las pérdidas por radiación y convección. La pérdida de calor a través de los vidrios puede reducirse significativamente con el empleo de vidrios de alta resistencia térmica y aislamiento nocturno.

Al atravesar el cristal, la radiación solar se transforma de onda corta a onda larga, y no puede salir de nuevo- el efecto invernadero. Además, al ser una superficie de captación vertical, el ángulo solar es más directo (y así más intenso) en el invierno, y más oblicuo (menos intenso) en el verano. Así pues, una vez construido, un edificio bien orientado recibe el máximo calor solar justo cuando más lo necesita.

EJEMPLOS DE EDIFICIOS CONSTRUIDOS CON DISEÑO DE CALENTAMIENTO SOLAR PASIVO

GUARDERÍA INFANTIL EN LA CALLE SCHUKOWITZ

Arq. Georg W. Reinberg

Propuesta urbanística

En la estructura del lugar existe un colegio el cual como edificio tenía una presencia importante y positiva en la conformación urbana. Dada la estrecha relación funcional que debe haber entre el colegio y la guardería, se decidió sumar el proyecto al esquema general de la escuela y construir un remate para ella, configurando su borde del extremo sur.

Correspondiendo a la particular exigencia de ahorro de energía que se formula al proyecto, se reinterpretó la estructura de patios de la escuela, transformando la extrema introspección del colegio en favor de una apertura de las aulas hacia el espacio libre situado hacia el sur. La plazoleta abierta existente frente al colegio se cerró con el nuevo edificio para convertirla en un verdadero claustro para ser usado para actividades comunales por la guardería, por el jardín infantil, la salacuna y el mismo colegio.

Concepción espacial

Se prefirió un esquema de una sola planta, así se complementa adecuadamente la escuela existente y se conforma un mejor espacio urbano. Se logran, adicionalmente, ventajas funcionales y se reducen los costos de construcción.

El conjunto espacial en su totalidad fue orientado hacia el sur para obtener así la mejor insolación, recibiendo profundamente los rayos solares en el invierno y sustrayéndose a su llegada en el verano. El patio fue cubierto con una marquesina de cristal, que permite la iluminación de todos los espacios y se convierte en el centro de encuentro e intercambio social del conjunto, con la posibilidad de integrarse al aula múltiple, constituyendo un gran espacio para los actos colectivos. Las dependencias administrativas y de servicio han sido situadas en el costado norte, con el fin de conseguir para estas actividades una iluminación ventajosa a través de sus ventanas.

Arquitectura

Se consiguió con ello experimentar en la vida cotidiana de la guardería el significado y la fuerza del sol, obteniendo diferentes atmósferas de luz a través de las fachadas sur y de las claraboyas a lo largo del día. En el centro del atrio se ubicó el tanque de 3 m3 de almacenamiento del agua, calentada por el sol, para hacer visible así el concepto solar del edificio. En lo esencial, no concebimos la idea del ahorro energético como algo que hay que representar desde una perspectiva de carencia sino como un valor agregado y una ganancia; más luz y mejor vista, un clima más cálido en el invierno y muros más frescos en el verano. De esta forma, la arquitectura se convierte en un medio para comunicar y en un instrumento didáctico para exponer una visión del mundo orientada hacia el futuro.

Concepto energético

La construcción compacta y el fuerte aislamiento, con paredes de 30 centímetros y techos de 30 a 47 centímetros, así como la calefacción a través de la ganancia de aire tibio por el sol, reducen las pérdidas térmicas al mínimo. La fachada de cristal hacia el sur, que es una ventana solar de 142 m2, aprovecha la energía del sol de manera pasiva. El almacenamiento de las ganancias solares pasivas es conseguido a través de la alta masa construida, de concreto sin revestimientos. Las altas exigencias de desempeño, consistentes en una buena generación de calor en el interior en los períodos de uso del edificio se alcanzan más fácilmente por medio de la masa construida. Así mismo se aumenta el bienestar termo fisiológico gracias a la tibieza de las superficies de cerramiento. La exigencia adicional de calor es en buena parte cubierta de esta manera. Mediante una instalación de ventilación que aprovecha las ganancias de calor, se garantiza una inmejorable calidad de aire y de la calefacción necesaria, dentro del concepto de arquitectura solar pasiva. Todas las instalaciones de ventilación, agua caliente y calefacción fueron dejadas a la vista por razones didácticas, de costo y de facilidad de inspección. La tarea de calefacción restante tras las decisiones arquitectónicas tomadas, es cubierta por una caldera de gas. Las exigencias de energía para la calefacción están por debajo de los 15 kWh/m2 de área neta utilizable, de acuerdo con los cálculos realizados con un paquete informático para arquitectura solar pasiva.

CENTRO CULTURAL PAUL KLEE

Renzo Piano

La excepcional arquitectura del Zentrum Paul Klee se caracteriza por la estructura de acero de su cubierta. Su geometría en forma ola, que se eleva desde la parte posterior hasta las elevaciones frontales, es tan especial que cada metro individual, con vigas de acero de 4'2 Km., tiene una forma diferente.

La geometría de los arcos de acero está ligeramente inclinada, pero siempre en diferentes ángulos. Tras revisar otros materiales alternativos como el aluminio, cobre y titanio, se decidió usar un acero especial para la cubierta. Criterios ecológicos, económicos y técnicos fueron decisivos para esta elección.

Una de las consecuencias de la inusual geometría de este edificio es el enrevesado diseño utilizado en sus fachadas acristaladas de más de 150 m. de alto. La fachada se divide en una sección superior y otra inferior, que delimitan todo su alto. Las dos secciones de esta fachada son compensadas y conectadas por una cubierta transparente (la cubierta del Museumstrasse), con una altura de 40 m a nivel del suelo. La fachada acristalada mide 19 m en su punto más alto, y las láminas más grandes de vidrio pesan, por lo menos, una tonelada métrica y miden 6 x 1'6 m.

Una cubierta de acero de esta medida está sujeta considerablemente al movimiento térmico inducido, que es el motivo por lo que es crucial que la estructura de la fachada sea capaz de rastrear la temperatura relacionada con el movimiento de la cubierta principal causada por

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