Introduccion a La Arquitectura Bioclimatica v2

Introducción a la

Arquitectura Bioclimática

Introducción a la

Arquitectura Bioclimática

Manuel Rodríguez Viqueira Aníbal Figueroa Castrejón Víctor Fuentes Freixanet Gloria Castorena Espinosa Verónica Huerta Velázquez José Roberto García Chávez Fausto Rodríguez Manzo Luis Fernando Guerrero Baca

UNIVERSIDAD AUTO NOMA METROPOUTANA

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LIMUSA

Rodríguez, Manuel Introducción a la arquitectura bioc/imática / Manuel Rodríguez Viqueira,coord. -- México : Limusa : Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, 2008. 208 p. : il., fot. ; 24 x 21 cm. ISBN: 978-968-18-6212-1 Rústica 1. Arquitectura bioclimática LC: NA2542

Dewey: 729.28 - dc21

© UNIVERSIOAD AUTÓNOMA METROPOLITANA, UNIDAD AZCAPOTZALCO, 2001.

© COEDICIÓN UAM, UNIDAD AZCAPOTZALCO / EDITORIAL LIMUSA, 2001

LA PRESENTACIÓN Y DISPOSICIÓN EN CONJUNTO DE INTRODUCCIÓN A LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA SON PROPIEDAD DEL EDITOR. NINGUNA PARTE DE ESTA OBRA PUEDE SER REPRODUCIDA O TRANSMITIDA, MEDIANTE NINGUN SISTEMA O MÉTODO, ELECTRÓNICO O MECÁNICO (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, LA GRABACIÓN O CUALQUIER SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN), SIN CONSENTIMIENTO POR ESCRITO DEL EDITOR. DERECHOS RESERVADOS:

© 2008, EDITORIAL LIMUSA, S.A. DE C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES BALDERAS 95, MÉXICO, D.F. C.P. 06040 1 ?"1~ 5130 0700 5512 2903 [email protected] .mx www.noriega.com.mx CANIEM NuM. 121 HECHO EN MÉXICO ISBN-13: 978-968-18-6212-1 5.1

Contenido Presentación

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Introducción

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El clima y la arquitectura

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Factores del clima Elementos del clima Análisis e interpretación del clima Sistema de agrupación de ciudades para diseño bioclimático

Orientación y emplazamiento en la arquitectura Traza urbana y orientación La orientación de los edificios religiosos

Observación de la trayectoria solar

47

Los antecedentes Los observatorios Arquitectura para el seguimiento de la trayectoria solar Modelos y sistemas para la evaluación y verificación Modelos físicos de simulación de la trayectoria solar Modelos numéricos de simulación de la trayectoria solar

Control solar en la arquitectura

65

Anteceden tes Los dispositivos de control solar Horizontales Verticales Combinación Nuevos acristalamientos Otros elementos no arquitectónicos

La arquitectura de tierra

79

La materia prima Extracción Transformación en material constructivo Sistemas constructivos Recursos formales Autoconstrucción y reparación Tradición constructiva viva Integración al paisaje natural y cultural Reciclaje y reintegración de la tierra a la naturaleza

La ventilación en la arquitectura Vientos generales Vientos locales

101

Turbulencia Necesidad de aire Viento y arquitectura Efecto de la vegetación en los edificios Viento indeseable Casos de estudio

La iluminación en la arquitectura

121

Principios y fundamentos básicos de la luz Propiedades de la luz natural, el sol y el espectro electromagnético El hojo humano. Visión y percepción Luz natural y visión. El color y su influencia Parámetros fotométricos utilizados en la iluminación El entorno lumínico y la percepción del usuario Tipos y fuentes de iluminación en las edificaciones Luz natural y su interacción en las edificaciones y el entorno urbano exterior Iluminación eléctrica y su integración con la luz natural en la arquitectura Experiencias de aplicación de la iluminación en la arquitectura

Colectores solares para calentamiento de agua doméstica

147

¿Qué es un sistema de calentamiento solar? ¿Cómo funciona un colector solar? Factores climatológicos Superficies traslúcidas Características de la caja Características del absorbedor Características del termotanque Operación y mantenimiento Factibilidad económica

Normatividad energética en la arquitectura

161

Antecedentes del consumo de energéticos Antecedentes de normatividad en los energéticos Factores que influyen en la demanda de petróleo Políticas internacionales sobre eficiencia energética El consumo de energía en México Las normas de eficiencia energética en México Normas relacionadas con el diseño térmico de los edificios Normas relacionadas con la iluminación

Confort acústico en la arquitectura

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El concepto de confort acústico ¿Qué es el confort acústico? Ambientes acústicos Indicadores del confort acústico Una propuesta de clasificación del confort acústico Bibliografía

201

Presentación La c1enc1a y la tecnología a través de sus métodos y filosofía buscan la mejor satisfacción a las necesidades del usuario. Los investigadores de la Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco trabajan y obtienen resultados vinculados directamente con la evolución de estos satisfactores. Este vínculo les permite, a su vez, relacionarse con la sociedad y su cultura, y propiciar y enriquecer su desarrollo. En la UAM-Azcapotzalco, en 197 4, nace el Departamento de Medio Ambiente para el Diseño, el cual de manera muy comprometida destaca la búsqueda de soluciones a las necesidades apremiantes de la sociedad en general, con respecto al deterioro ambiental en la ciudad de México, en nuestro país y en el mundo. Las primeras aportaciones de cursos extracurriculares, con profesores invitados tanto nacionales como internacionales, dejaron la inquietud de nuevas expectativas en los participantes, muchos de ellos miembros de este Departamento, y que con sus iniciativas, han ido generando resultados halagüeños, mismos que han tenido diversas formas de difusión. Así, desde hace más de 25 años se han desarrollado programas de investigación aplicada. Las investigaciones actuales, con métodos y sistemas modernos para generar conocimientos científicos, son como organismos dinámicos: mientras están vivos cambian de manera permanente. Lo anterior permite reflexionar sobre la importancia de corregir algunos errores y el valor que representa evitarlos. Ante las expectativas de la sociedad actual por satisfacer sus necesidades dentro de esquemas de desarrollo sustentable, es importante el conocimiento de la arquitectura bioclimática como una de sus vías alternativas. Resulta indispensable el registro, la descripción y comprensión de los sucesos y procedimientos para la producción de lenguajes y expresiones que crean las reglas de formación y la cultura en este ámbito. A principios de la década de los ochenta, el Departamento de Medio Ambiente para el Diseño inicia la configuración de las bases para el desarrollo del campo de estudio de la arquitectura bioclimática, a partir de las cuales generaría dos espacios significativos dentro de la Universidad: los Cursos a Nivel Posgrado

Introducción a la Arquitectura Bioclimárica

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y el Laboratorio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática. En torno a ambas instancias se configura un grupo de investigadores con importante presencia nacional e internacional. Parte de las actividades de estas personalidades han conformado este texto, que hoy presentamos y que es producto de varios años de esfuerzo. La idea y el concepto de este libro es del doctor Manuel Rodríguez Viqueira, quien desde hace algunos años ha impulsado el estudio y desarrollo de un marco de referencia histórico, que permita enriquecer y construir una teoría en el campo de la arquitectura bioclimática. Para ello, invitó a colaborar en esta empresa a los miembros del grupo de investigadores que participan en el Laboratorio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática y quienes aportaron sus conocimientos y experiencias a partir de sus especialidades: el maestro Aníbal Figueroa Castrejón, en el campo de los colectores solares, el arquitecto Víctor Fuentes Freixanet, en lo que se refiere al control solar y la ventilación en la arquitectura, la arquitecta Gloria Castorena Espinosa, sobre climatología, el doctor Luis Fernando Guerrero Baca, en el tema de la arquitectura de tierra, el doctor José Roberto García Chávez, en el ámbito de la iluminación, el arquitecto Fausto Rodríguez Manzo, en acústica y la arquitecta Verónica Huerta Velázquez, sobre normatividad. El trabajo ha sido una labor de conjunto, sin embargo, se debe enfatizar la función de editor del doctor Manuel Rodríguez Viqueira, y el apoyo en la revisión de los textos del doctor Luis Fernando Guerrero Baca.

Juan Manuel Nuche Cabrera Jefe del Departamento de MedioAmbiente para el Diseño

Introducción La arquitectura contemporánea busca cada vez con mayor ahínco responder a la moda estética, sin considerar los conceptos más lógicos y simples que permiten lograr un espacio vital. En la construcción de nuestras casas y edificios se ha olvidado tomar en cuenta la ubicación del Sol, cómo iluminarlos, cómo ventilarlos adecuadamente, cómo calentarlos cuando hace frío o refrescarlos en tiempo de calor. Se ha ignorado también que responder a nuestras necesidades locales y específicas nos da identidad como personas y como país. El crecimiento desmedido de algunas ciudades en el siglo XX y una actitud radical en el Movimiento Moderno trajeron como consecuencia la transformación de la arquitectura, dándole un carácter especulativo y <..lejándola cada vez más de la lógica constructiva, basada en la experiencia y el respeto al ambiente. Tenemos una enorme tradición arquitectónica que no debemos desperdiciar. Hay mucho que aprender de nuestra "arquitectura sin arquitectos", es decir, la simple experiencia pragmática de ensayar formas, vanos, materiales y demás elementos constructivos, hasta encontrar los más adecuados para una localidad y clima específico. La casa que se construye en Monterrey debe ser distinta a la de Jalapa o San Cristóbal de las Casas. El progreso se ha vestido de concreto, vidrio y asfalto, en las zonas ricas, y de cartón enchapopotado, láminas de asbesto y tabicón, en las áreas marginales, lo cual provoca acabar con la vegetación, consumir energía de manera indiscriminada y contaminar agua, aire y tierra. La luz eléctrica y el aire acondicionado han servido de remedio para muchas edificaciones pobremente diseñadas, sin reparar en el costo de operación, tanto monetario como ambiental, que esto representa, ni en los constantes e interminables gastos de mantenimiento que generan los sistemas electromecánicos. Es increíble descubrir grandes acristalamientos tipo invernadero en edificios de Culiacán, Sinaloa, lugar cálido durante el año, que tienen que ser enfriados, en forma permanente, con aire acondicionado, lo que ocasiona un enorme consumo energético: sería más lógico hacer ventanas más pequeñas para iluminación, bien orientadas y protegidas del sol. En la Ciudad de México se encuentra la mayoría de las escuelas de formación profesional que dan poca importancia a la respuesta de la arquitectura al medio físico; también ahí se centraliza la toma de decisiones en el ámbito institucional, que ejercen en general personas que carecen de asesoría calificada con respecto al medio físico y al patrimonio histórico en el que se ubican las acciones de los diferentes organismos.


JO

El resultado de estas limitaciones es evidente en las unidades habitacionales de interés social, en escuelas públicas, en sucursales bancarias y en hospitales del sector salud, etcétera. Los diseños tipo que son emplazados indistintamente en cualquier parte de la República mexicana. En la actualidad se cuenta con nuevas herramientas de diseño, mejor tecnología y maneras más rápidas de prever y evaluar el comportamiento de las edificaciones; sin embargo, muchas de las soluciones técnicas a los problemas desarrollados en las universidades y en otras instituciones de investigación son poco conocidas por la sociedad. Ante esta problemática, el grupo de profesores-investigadores que forman parre del Laboratorio de Investigaciones en Arquitectura Bioclimática de la División de Ciencias y Arres para el Diseño de la Universidad Autónoma MetropolitanaAzcapotzalco nos dimos a la tarea de estructurar un texto que diera a conocer los avances de investigaciones desarrolladas desde hace más de 1O años. Aunque el campo de las publicaciones de temas ecológicos vinculadas con la arquitectura abarca un horizonte amplio, en general se presentan dos circunstancias: la mayoría de ellas contienen temas y problemáticas específicos, y suelen tener el carácter de libros técnicos, algunos cercanos a la manualística. La presente obra está planteada y estructurada de manera que abarca en un solo volumen, los aspectos básicos desde diversas facetas de la arquitectura bioclimática, como son la orientación de los edificios, el asoleamiento, la ventilación, la iluminación natural y artificial, el control solar, los calentadores solares, la arquitectura de tierra, la normatividad aplicable y la acústica arquitectónica. Además de ser un manual de aplicación directa, se trata de un texto que tiene como objetivo establecer un marco teórico que sirva de base a la docencia, diseño, construcción e investigación de la arquitectura bioclimática. Consideramos que esta disciplina tiene que enriquecerse y ampliar sus horizontes para resolver problemas técnicos de menor escala, pero sin perder de vista la dimensión del medio. Deben valorarse los espacios exteriores que tanta importancia tuvieron en el pasado. El espacio viral no es sólo aquel que está limitado por muros, son también aquéllos como la calle, la plaza, el parque, etcétera. Por ello, diseñemos el paisaje que nos rodea para que complemente y beneficie a los espacios cerrados. En la actualidad tenemos muchas herramientas para analizar, diseñar y evaluar la arquitectura. Es preciso un cambio de actitud, ya que en la arquitectura como en la medicina es más fácil y económico prevenir que corregir. Es necesario aprender a ver la arquitectura no sólo como los muros, las fachadas o la cubierta, sino también como el espacio viral que fluye a través de ellos y a su alrededor. Para habitarla no basta que sea sólida y económica, debe ser saludable y agradable, responder al clima y sintetizar la experiencia constructiva de las generaciones que nos precedieron.


El clima caracteriza e identifica a una región por el comportamiento de sus componentes y sus variables atmosféricas; esto da lugar a un estilo de vida con características físicas y psicológicas muy particulares en el hombre, que lo distinguen por raza. Algunos autores afirman que "el tipo de clima, junto con la herencia racial y el desarrollo cultural, constituyen uno de los tres principales factores que determinan las condiciones de la civilización" . 1 A lo largo de las distintas culturas de la civilización humana, la arquitectura se ha expresado como una respuesta al tiempo, a la cultura y a las condiciones físicas y ambientales del sitio en el cual se desarrolla, sin olvidar que "los efectos del medio ambiente inciden directamente tanto en la energía como en la salud del hombre". 2

1 Ellworth Huntintong. The Human Habitat. N.Y.,Van Nostrand Co. Princeton,

1927. 2 Victor Olgyay, Arquitectura y Clima., Manual de Diseño Bioclimático para arquitectos y Urbanistas, Barcelona, España,

G.G., 1998.

3 Diccionario Enciclopédico Espasa 2000. España, Espasa Calpe,2000.

Esta relación directa de la energía humana y el medio, se puede encontrar aún en las zonas rurales y en algunas ciudades que no han tenido grandes cambios. Es la adecuación del hábitat y el ingenio humano lo que ha permitido que el hombre habite todos y cada uno de los distintos climas de la tierra. El clima es uno de los factores más importantes en el diseño. De las condiciones atmosféricas de un lugar depende que la arquitectura sea de muros pesados o ligeros, de cubiertas inclinadas o planas, de color oscuro o claro, con grandes vanos o pequeñas ventanas, etcétera; donde la edificación será un elemento protecror y regulador que rechace o transforme la acción de los elementos ambientales naturales de un lugar. El clima es el conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan a una zona geográfica. 3 Se puede considerar que al promediar lecturas de los diferentes elementos del clima durante periodos largos (más de 20 años) estas magnitudes son los valores normales de temperatura, humedad, presión, 11 uvia, para una zona. Debido a que es un ciclo dinámico, las condiciones ambientales están en constante cambio, de un momento a otro y de un lugar a otro suelen variar; incluso, dentro de una mínima área, es común encontrar diferencias significativas. Se llamará tiempo a las condiciones reinantes en un momento determinado, que como hemos visto suelen diferir de los valores normales.

Introducción a la Arquitectura Biociimática

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El análisis de las condiciones climáticas con fines arquitectónicos se puede realizar en dos niveles básicos: macroclimatológico o regional y microclimatológico o local. Las condiciones macroclimatológicas son aquellas que caracterizan al clima de una región; mientras que las condiciones microclimatológicas caracterizan al clima de un lugar específico. Las variaciones climáticas que un sitio puede tener a una escala pequeña de una gran región, es decir su microclima, son determinantes para el emplazamiento arquitectónico. Estos factores microclimatológicos pueden ser fácilmente modificados por la arquitectura y el diseño de exteriores mediante edificaciones, movimientos de tierra, cuerpos de agua o vegetación.

Factores del clima Los factores climáticos son las condiciones físicas que identifican a una reg10n o un lugar en particular, y determinan su clima. Los principales factores son:

Latitud La latitud es la distancia angular de un punto sobre la superficie terrestre al ecuador; se mide en grados, minutos y segundos. La importancia de este factor del clima es que determina la incidencia de los rayos solares sobre la tierra en un punto determinado. Dada la curvatura de la superficie terrestre y si se considera en teoría que los rayos del sol viajan en una trayectoria paralela, éstos últimos inciden en una distancia menor uno de otro en el ecuador, ya que llegan perpendiculares al plano; mientras que en los polos la distancia existente entre un rayo y otro se incrementa por la curvatura de la tierra hasta ser tangenciales en el punto norte y sur de los polos. Este comportamiento provoca en parte la diferencia climática por radiación: desde el ecuador a 0° de latitud a los trópicos zona cálida, de los trópicos 23° 27' a 66º 33' de latitud determinan la zona templada y del 66º 33' al 90° de latitud caracterizándose por las temperaturas más bajas, que ocasionan las zonas frías. La incidencia de los rayos solares determina la temperatura, y depende de las condiciones del cielo la cantidad de radiación que recibe un sitio en particular. Por tanto, se definen los factores térmicos que condicionan la forma, color, textura, proporción y relación de vanos y muros ciegos de la arquitectura. La relación directa que existe entre la latitud y la trayectoria solar debe considerarse como un factor primordial para el asoleamiento de muros, ventanas y cubiertas. Además será determinante para la colocación de sistemas solares tanto activos como pasivos, que incluyen invernaderos, colectores para agua, fotoceldas, etcétera.

Altitud La altitud es la distancia vertical de un plano horizontal hasta el nivel del mar; se mide en metros sobre el nivel medio del mar (msnm). Este factor determina el

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clima de un lugar, porque al aumentar la altitud desciende la temperatura de la atmósfera. Por ello, los lugares más altos tienen menor temperatura que otros en la misma latitud pero con menor altura. En términos generales, la temperatura disminuye a razón de 0.56 grados centígrados por cada 100.6 metros de altitud en verano y 122 metros de altitud en invierno. 4 La altura es un factor determinante para el diseño; en los lugares más elevados las temperaturas son menores, esto origina una arquitectura de vanos más pequeños y muros masivos. Cuando la altura aumenta aún más, la arquitectura está obligada a proponer cubiertas inclinadas para evitar la acumulación de nieve y hielo. Relieve El relieve es la configuración superficial de la tierra. Este es otro factor clave para el clima, ya que determina las corrientes de aire, la insolación de un lugar, su vegetación, el contenido de humedad del aire, etcétera. Así, una superficie plana tendrá una máxima exposición a la radiación solar y a los vientos del lugar; mientras que un lugar con relieve de montaña genera dos zonas de asoleamiento dependiendo de la orientación y la conformación de sus elevaciones, lo cual ocasionará dos zonas de diferenre temperatura, dos zonas de exposición a los vientos y diferencias de presión de aire; asimismo, la vegetación se verá afectada por la luz, la humedad y el viento con la adaptación de especies para cada zona. Éstos son algunos de los modificadores del relieve que pueden determinar en un mismo lugar dos microclimas diferentes. El relieve es un factor primordial en el estudio de un sitio, y debe incluir aquellos factores de entorno, tanto natural como artificial que afecten al lugar estudiado. Las condiciones propias del relieve pueden ocasionar incrementos de viento, reducción de asoleamiento, ruido, entre otros que deben ser considerados en cuenta en cada diseño.

4 Víctor Olgyay, op.cit.

Distribución de tierra y agua La distribución de tierra y agua es la relación entre los cuerpos de agua y la tierra firme de un lugar. El agua, debido a su gran capacidad de almacenamiento de energía, es un elemento regulador del clima de importancia. Existen grandes masas de agua como los océanos, los golfos, los lagos y lagunas que producen una sene de fenómenos climatológicos característicos, tales como la brisa y la disminución de la oscilación térmica. Los cuerpos de agua naturales, el mar, lagos, lagunas y ríos, requieren condiciones de diseño muy particulares. Además de su atractivo visual, debemos tomar en cuenta las brisas y otros movimientos de aire que tienen su origen en la diferencia de temperaturas entre el agua y la tierra. Cualquier cuerpo de agua incrementará la humedad del aire, lo que ocasionará una reducción de su

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temperatura. Adicionalmente, es posible crear cuerpos de agua artificiales como estanques, espejos de agua, fuentes y surtidores que pueden cambiar las condiciones microclimatológicas de una edificación. Corrientes marinas Las corrientes marinas son el movimiento de traslación continuado y permanente de las aguas del mar en una dirección determinada. Los orígenes de esto son el movimiento de rotación de la tierra y la insolación sobre la superficie de la tierra. Existen corrientes cálidas y frías, según su origen, que provienen ya sea del ecuador o de los polos. Éstas tenderán a incrementar o disminuir tanto temperatura como humedad del aire. Cada día entendemos mejor la importancia de las corrientes marinas en el clima, como es el caso del llamado fenómeno de "El Niño" que tiene su origen en ellas y es el causante de severas sequías e inundaciones, así como de variaciones enormes en los patrones "normales" del clima en grandes regiones del planeta. Modificaciones al entorno Dentro del proceso dinámico de transformación de la tierra existen dos tipos de modificaciones que puede sufrir una zona: las que genera el hombre por su actividad y las que tienen origen natural. Sin embargo, la acción del hombre en una región o sitio se considera la más impactante de las modificaciones al entorno en el corto plazo. La construcción de una ciudad, una presa, una planta nuclear, una mina a cielo abierto, un aeropuerto, una autopista, etcétera, puede ocasionar variaciones significativas sobre el clima y las especies de un lugar, al disminuir o aumentar la temperatura o la humedad del aire, e incrementar los niveles de ruido y contaminación de agua, suelo y aire. Estos cambios también son dinámicos y se acentúan con las corrientes de aire producidas por vehículos, por las modificaciones del relieve y de los escurrimientos naturales de agua, etcétera. Sin embargo, no son éstas las únicas causas o agentes que modifican al entorno. La ºC tierra, dentro de sus procesos dinámicos, presenta 30 de manera constante alteraciones o cambios en 25 su morfología, hidrología, topografía, etcétera. El surgimiento de un volcán, el deslizamiento de 20 las capas superficiales a lo largo de las fallas 15 geológicas, la erosión eólica e hídrica natural, 10 generada por los diversos agentes del clima, son 5 algunos de los elementos más notorios. Si bien

Temperatura media mensual de julio de 2000, promedio 26.7°

e

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éstos suceden en una escala de tiempo que es difícil de apreciar por los seres humanos, es indudable que el planeta se altera permanentemente. Estas modificaciones deben considerarse en el proceso de diseño, sobre todo aquéllas generadas por el hombre, ya que ocurren con gran rapidez al modificar sustancialmente el clima.

Elementos del clima Los elementos del clima son las propiedades físicas de la atmósfera. Estas propiedades están en continuo cambio debido a que se inscriben en ciclos dinámicos, donde la modificación de una variable afecta a las demás. Hay gran cantidad de elementos del clima; los más importantes para el análisis en el proceso de diseño arquitectónico son: temperatura, humedad, precipitación, viento, presión atmosférica, nubosidad, radiación, visibilidad y fenómenos especiales. Temperatura La temperatura es un parámetro que determina la transmisión de calor de un cuerpo a otro en forma comparativa por medio de una escala. Se utilizan en general tres tipos de escalas termométricas: los grados Centígrados, Kelvin y Farenheit. Escala Ebullición del agua Fusión o congelamiento del agua

ºC 100

ºK 373 273

o

ºF 212 32

Para convertir entre las distintas escalas se utilizan las siguientes fórmulas: ºC = 519 (ºF - 32) ºF = 915 (ºC + 32 ) ºK

=

ºC + 273

ºC

=

ºK - 273

En los elementos del clima o parámetros climatológicos es común encontrar los términos de temperatura media, máxima, máxima extrema, temperatura mínima y temperatura mínima extrema. Estas lecturas existen generalmente en forma de datos mensuales y anuales. Para que tengan validez se requiere que sean datos "normalizados", es decir, promedios en un mínimo de 20 años de registro. La temperatura media es el promedio de las temperaturas en un periodo determinado de tiempo (diario, mensual o anual); es muy importante, ya que nos permite evaluar la comodidad o confort térmico de los usuarios y será el límite para los efectos de la masa en los muros. Así, una construcción enterrada a tres metros o más tenderá a presentar en sus muros una temperatura igual a la media anual.


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Las temperaturas máximas y mínimas son el promedio de las temperaturas más altas y bajas, respectivamente, registradas en un periodo. Con estos parámetros se obtiene la oscilación térmica que nos permite conocer qué tanto varía la temperatura en un día, mes, estación o año, y con ello podemos prever el efecto que la masa térmica y la ventilación pueden tener en el diseño de los espacios. Las temperaturas máxima y mínima extrema son los registros máximos y mínimos absolutos, respectivamente, registrados, y van asociados en general a la fecha de registro. En términos de diseño estos datos no permiten conocer los límites a los que se pueden enfrentar los habitantes de una región y, por tanto, prever los sistemas de climatización natural o artificial que sean necesarios para que se conserven las condiciones de habitabilidad al interior de los espacios. Al ser situaciones extremas, no deben ser tomadas como la norma -sino como la excepción- y considerar que en estas circunstancias la temperatura interior deberá estar en índices tolerables. Las temperaturas se miden por diversos aparatos llamados termómetros. Existen varios tipos de termómetros, sin embargo los más usuales para fines arquitectónicos son: de bulbo seco, de bulbo húmedo, de globo, de máximas y mínimas. El termómetro de bulbo seco es el más común de todos; es similar al que se usa para conocer la temperatura del cuerpo, y consiste en un bulbo de mercurio envuelto en una cápsula de vidrio al vacío. Sus escalas son variables; y se usa para medir la temperatura del aire, que por lo general oscila entre los extremos de -20ºC y +GOºC. El termómetro de bulbo húmedo es similar al anterior, pero se expone al aire con el bulbo de mercurio saturado de agua por medio de un lienzo húmedo. Este termómetro sirve para medir la temperatura de saturación del aire, o sea la temperatura en que se alcanza el punto de rocío o punto en el que se empieza a condensar la humedad contenida en él. El termómetro de globo es también similar al anterior pero su bulbo está envuelto en una cápsula negra absorbente. Este termómetro sirve para medir la temperatura radiante media de un espacio, es decir la cantidad de energía calorífica que recibe un punto (donde está el termómetro) por radiación de todas las superficies que lo rodean, incluyendo pisos, muros, techos, aparatos, la bóveda celeste, etcétera. Los termómetros de máximas y mínimas son dos termómetros que se parecen al de bulbo seco, pero tienen un dispositivo por medio del cual uno de ellos registra la lectura más alta que se presente y otro la más baja. Las temperaturas se revisan todos los días, se lleva un registro de las lecturas y se borran de los termómetros las lecturas para un nuevo registro, siendo ésta la forma en que se conocen las temperaturas máximas y las mínimas. "El desarrollo de un equilibrio térmico estable en nuestro edificio debe observarse como uno de los más valiosos avances en la evolución de la

5 Dr. Walter B. Cannon, citado por Baruch Givoni, Arquitectura y clima, Barcelona,Gustavo Gilí, 1998, p. 4.

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El clima

la

edificación. " 5 Es, sin duda, uno de los objetivos primordiales del espacio habitable el proveer a sus ocupantes de una temperatura adecuada para el desarrollo de las actividades específicas al que está destinado el inmueble. Por ello, el análisis y comprensión de la temperatura de un lugar es fundamental para el diseño. Humedad La humedad es el contenido de agua en el aire. Existen diversas escalas para medirla, pudiéndose expresar como humedad relativa o humedad absoluta. La humedad relativa es la relación (expresada en porcentaje) de humedad que contiene el aire y la cantidad de agua necesaria para saturar a éste a una misma temperatura. Se llama relativa porque el aire tiene la característica de poder retener mayor contenido de humedad a mayor temperatura. Ésta se mide cuando se obtiene una relación entre el termómetro de bulbo seco y el de bulbo húmedo o con un higrómetro. La humedad relativa es una manifestación de energía del aire (calor latente) relacionada de manera directa con la temperatura y puede afectar nuestra percepción de confort. El manejo de la humedad en el diseño es una herramienta básica de la climatización pasiva por su bajo costo y enorme efecto en los espacios. El punto de rocío o temperatura de saturación es la temperatura a la que el aire debe ser enfriado para que comience la condensación. Este dato es importante, sobre todo cuando es posible que el punto de rocío se presente al interior de un muro o cubierta, lo que ocasionará humedad que puede afectar a numerosos materiales, tales como el yeso, la madera, el papel, etcétera.

Precipitación Es agua procedente de la atmósfera que, en forma sólida o líquida, se deposita sobre la superficie de la tierra. La precipitación puede ser sensible o insensible, ya sea que tenga forma de lluvia, granizo, llovizna, nieve o rocío, bruma o niebla. La forma más común de precipitación es la pluvial, es decir, aquella que llega a la superficie en gotas. Se mide en milímetros de precipitación pluvial en un periodo determinado, donde un milímetro es un litro por metro cuadrado. Estos datos también deben ser normalizados para ser válidos, debido a que de un año a otro pueden existir grandes diferencias dependiendo de los fenómenos especiales que se presenten. La precipitación se mide con un pluviómetro. La precipitación incide en la forma y extensión de las cubiertas, su grado de inclinación y materiales. Adicionalmente nos puede proveer de un suministro de agua no potable que puede ser reutilizada para diferentes usos en los espacios, en especial para riego y limpieza.


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Viento El viento se forma por corrientes de aire producidas en la atmósfera por causas naturales. Se mide en la horizontal. El viento tiene diversos atributos que lo caracterizan, como son dirección, frecuencia y velocidad. El primero, la dirección, es la orientación de la que proviene el viento. Por lo general, las corrientes sufren cambios constantes de dirección y periodos de calma o nula actividad. Se entiende por dirección dominante aquella de donde viene el viento con mayor frecuencia. Se mide con una veleta. La frecuencia es el porcentaje en que se presentó el viento de cada una de las orien raciones. Al sumar las frecuencias de todas las direcciones más los porcentajes de calma debemos tener un 100%. La velocidad del viento es la distancia recorrida por el flujo de viento en una unidad de tiempo. En general estas unidades son km/h o m/seg. La velocidad del viento se mide con un anemómetro. Los datos de viento casi siempre se representan en forma de una rosa de los vientos, que es un círculo que tiene marcados alrededor los rumbos en que divide la vuelta de horizonte. Los rumbos se denominan de acuerdo con su orientación como norte, norte-noreste, noreste, este-noreste, este, y sus abreviaturas son N, NNE, NE, ENE, E. El viento es otro parámetro de gran importancia para el diseño. En algunos climas como los cálidos y húmedos es la principal forma de climatización. Su uso adecuado puede provocar sensaciones agradables en espacios que de otro modo serían inhabitables. El estudio del viento en la arquitectura se puede hacer por medio de maquetas en túneles o cajas de viento. Es importante visualizar los patrones y obstáculos a los que se enfrenta el viento, ya que se comporta como un fluido muy sensible a los objetos en su camino que fácilmente se puede volver turbulento. Presión atmosférica El aire como roda la materia tiene un peso propio de 1293 g por litro a nivel del mar, que está determinado por su masa y la acción de la fuerza de gravedad que ejerce la tierra. La presión atmosférica se define como el peso del aire por unidad de superficie, expresada en unidades de presión llamadas milibares, en donde un 2 milibar es equivalente a 1000 din/cm . Para su medición se utilizan aparatos denominados barómetros, los cuales pueden ser de dos tipos: el barómetro de mercurio, cuyo principio de funcionamiento se basa en el experimento de Torricelli, y el barómetro aneroide o sin líquido, el cual requiere para su utilización ser regulado por medio de un alrímetro. Las diferencias de presión atmosférica dependen de la temperatura del aire y de la altitud del lugar. Así, bajas temperaturas conducen a altas presiones,

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ya que mientras más frío sea el ambiente, más denso es el aire, mientras que temperaturas altas conllevan a bajas presiones, dado el comportamiento dinámico de sus moléculas en expansión. Con la altitud ocurre el mismo efecto que con la temperatura, en donde a mayor altitud menor presión atmosférica y a menor altitud mayor presión, ya que un número mayor de capas atmosférica ejercen su peso. De este comportamiento se puede dar como referencia la disminución de 1 mm de mercurio por cada 1O metros de altitud sobre el nivel medio del mar. Como resultado de lo antes descrito se puede afirmar que la temperatura y la altitud son inversamente proporcionales a la presión atmosférica. El resultado de las diferencias de presión atmosférica es lo que origina los movimientos del aire. Radiación La radiación global es la cantidad total de energía solar que alcanza una fracción de superficie terrestre en un plano horizontal. La radiación global se forma por dos componentes, uno es la radiación directa (I) y la otra la radiación celeste (D). La cantidad de radiación solar depende de la constante solar, de la latitud de la localidad, del periodo estacional, de las panículas en suspensión en la atmósfera, del albedo de la superficie terrestre y del clima. La radiación solar (R= I + D) se mide con un aparato llamado piranómetro, y es 2 expresada en kwh/ m • Al ser la radiación solar la forma más abundante de energía disponible, puede usarse para calentamiento del aire o del agua en formas sencillas y eficientes. En los lugares con temperaturas elevadas, deberemos evitar que la radiación incida en los espacios interiores y retardar su efecto sobre muros y cubiertas mediante una adecuada selección de materiales y espesores de muros.

Nubosidad La nubosidad está formada por un conjunto de partículas minúsculas de agua líquida o hielo suspendidas en la atmósfera en forma de masa, cuyo color varía según la luz solar. Su origen es el resultado de dos aspectos: la condensación del vapor de agua contenido en el aire hasta alcanzar su saturación, descendiendo la temperatura hasta el punto de rocío; y la presencia de núcleos de condensación, que son corpúsculos de origen mineral y orgánico alrededor de los cuales se realiza el paso de vapor de agua líquida en forma de gotas. Son fuentes de estos núcleos el polvo, originado por la erosión geográfica; los humos, resultado de la combustión natural o derivada de procesos industriales; el polen y los cristales de la sal del agua del mar.


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Aunque las nubes pueden considerarse entidades individuales por su forma, textura, color y altitud, finalmente son parte del proceso dinámico del comportamiento de la atmósfera. Sin embargo, para su estudio se clasifican de manera individual de la siguiente manera. Por su forma, pueden ser: estratiformes, compuestas por capas; pueden llegar a producir altas precipitaciones, granizo o nieve; y las cuneiformes o nubes globulares en forma de bolas de algodón, que producen precipitaciones en áreas reducidas. Por la altura, las nubes pueden ser: altas cuando su altitud es de más de 6 km; medias, cuando se encuentran entre los 2 y 6 km de altitud; bajas, si se ubican por debajo de los 2 km de altitud y, por último, están las nubes de desarrollo vertical, las cuales abarcan diferentes niveles de altitud, pues su desarrollo vertical es mayor que su extensión horizontal. En general, las nubes se pueden clasificar en diez géneros y 15 especies, lo que indica particularidades en la forma y estructura interna de las mismas. La nubosidad se determina de acuerdo con la observación; se miden los décimos de cielo cubierto por las nubes, se anota en los registros la clave del tipo de nube, su altura, la dirección de movimiento, así como la cantidad de nubes que se presentan de manera simultánea, en forma horaria, para determinar el estado medio del cielo, que es de tres tipos de cielo: despejado o abierto (la nubosidad no es mayor de 3/10 de cielo cubierto); medio nublado o medio cerrado (cuando los valores se encuentran en el rango de 4110 a 7/10 de cielo cubierto), y cerrado o cubierto (con valores mayores de 7/10 esto es cubierto de nubes). La nubosidad es otro factor de diseño importante, toda vez que afecta la radiación que incide en las superficies de una construcción y en los sistemas que emplean radiación directa, tales como colectores y fotoceldas. Visibilidad Es la distancia de percepc1on visual que se alcanza dado el grado de pureza o turbiedad del aire. La claridad con que se determina visualmente un objeto depende del estado de la atmósfera y de la cantidad de luz. La visibilidad de la atmósfera está en función de la cantidad de partículas sólidas y líquidas que están en suspensión en el aire, incluyendo los contaminantes ambientales naturales (polen, cenizas, humos de la combustión natural, etcétera) y los artificiales (polución del aire producida por la actividad humana). La escala de apreciación de visibilidad es la siguiente: O Niebla densa, en donde los objetos no son visibles a una distancia de 50 m. 1 Niebla compacta, cuando los objetos son visibles a 200 m.

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2 Niebla con muy mala visibilidad, cuando los objetos no son visibles a 500 m de distancia. 3 Mala visibilidad, en donde los objetos no son visibles a 1000 m. 4 Muy escasa visibilidad; a 2000 m de distancia los objetos no son advertidos visualmente. 5 Escasa visibilidad, cuando los objetos no son visibles a 4000 m de distancia. 6 Visibilidad moderada, cuando los objetos no son visibles a 10 000 m de distancia. 7 Buena visibilidad, cuando dejan de ser visibles los objetos a una distancia de 20 000 m. 8 Muy buena visibilidad, cuando se puede dejar de apreciar un objeto a 50 000 m de distancia. 9 Visibilidad excelente, cuando los objetos siguen siendo visibles a 50 000 m de distancia.

Análisis e interpretación del clima Existen diversas formas de analizar los parámetros climatológicos y sus interrelaciones. Entre los más conocidos están los días grado y diferentes clasificaciones climatológicas.

6 Víctor Olgyay, op. cit. Aparece por primera vez el concepto de confort térmico y zona de confort en el libro.

Días grado Los días grado no son un elemento del clima que se calcule y registre en un observatorio o estación meteorológica; sin embargo, con fines arquitectónicos y de diseño resulta importante incluir su cálculo en los elementos del clima, ya que estos valores determinan de manera simple los requerimientos de calentamiento o enfriamiento de una localidad en forma mensual y anual, tomando como parámetro el confort o bienestar del ser humano en relación con la temperatura media de un sitio y el aclimatamiento del hombre, al vivir por un periodo de cinco años aproximadamente en el sitio de estudio. Para poder determinar los requerimiento de calentamiento, el bienestar del hombre o los requerimientos de enfriamiento se utilizan en el ámbito universal los siguientes rangos de temperatura: La temperatura de confort universal propuesta por los hermanos Olgyay6 se encuentra desde los l 8ºC en el nivel inferior, hasta los 26ºC. A partir de este rango de confort térmico se analiza la temperatura media mensual; si está dentro de este rango no existe requerimiento alguno de calefacción o de enfriamiento, sin embargo, cuando la temperatura media del mes está por debajo de los l 8ºC, entonces hay un requerimiento de calefacción por los grados necesarios para alcanzar la temperatura de los l 8ºC multiplicado por el número de días que tiene el mes de la temperatura media que se analiza. Si el caso es opuesto, entonces se tiene una temperatura media mensual mayor al rango superior de la zona de confort universal que es 26ºC. Se consideran los grados que sobrepasaron el rango de confort y se multiplican por el número de días que tiene el mes que se está analizando.

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Cada mes se pueden determinar los requerimientos de calentamiento expresados en días grado de calentamiento o bien los de enfriamiento, denominados días grado de enfriamiento. De acuerdo con lo propuesto por Szokolay7 , el análisis de los días grado también se puede realizar de manera local, determinando la Zona de Confort Térmico de un sitio en particular con la siguiente fórmula: ZCT local

=

Tn + 2.5 ºC

En donde Tn corresponde a la Temperatura Neutra, la cual se obtiene con la siguiente fórmula: Tn

17.6

+ O. 31 Tempera tura media del mes más cálido

Bajo dichas propuestas, la zona de confort térmico local queda determinada con un rango de cinco grados centígrados. Y a partir de estos parámetros numéricos toda temperatura media que se esté arriba del rango superior tendrá requerimientos de enfriamiento, restando los grados que rebasaron el rango y multiplicándolos por el número de días del mes que se analiza. Mientras que toda temperatura media mensual que quede abajo del rango inferior de la zona de confort térmico local tendrá requerimientos de calentamiento determinados por los grados que faltan para llegar al límite inferior de la zona, multiplicados por el número de días del mes analizado. Este cálculo considera que el ser humano se ha aclimatado a las condiciones locales, por lo que los valores son específicos para un sitio determinado. Clasificación climatológica Una clasificación climatológica es la agrupac1on de climas de acuerdo con características atmosféricas similares. Existe gran cantidad de propuestas de clasificaciones climatológicas. Explicaremos la clasificación internacional de Ki::ippen, modificada por Enriqueta García para la República mexicana, adoptada como oficial, y la clasificación bioclimática, propuesta por el Grupo de Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana, Azcapotzalco. Ki::ippen, modificada por García La clasificación internacional propuesta por Ki::ippen en 1936 tiene aceptac10n internacional. Sin embargo, se basa en información climatológica esencial para la agricultura en Europa. Es por ello que E. García la modifica en 1964 para que se adaptara a los climas de la República mexicana. Esta clasificación considera cinco grupos básicos, que son:

7 Steve Szokolay, Environmental Science Handbook, Lancanshire, Inglaterra, The Constructíon Press, 1980.

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El clima y la arquitectura Tropical lluvioso

A Af Am Aw B

con lluvias todo el año húmedo con lluvias en verano subhúmedo con lluvias en verano Seco

Bw Bs

e

Desértico Estepario Templado lluvioso

Cf

Húmedo con lluvias rodo el año

Cm

Húmedo con lluvias en verano

Cw

Subhúmedo con lluvias en verano

AC

Transición A (C) (A) C

Semicálido del grupo A Semicálido del grupo C

Los climas antes mencionados son los que se presentan con mayor frecuencia en la República mexicana, no obstante existen otros dos grupos de climas mucho más fríos que son:

D

E

Boreal Frío Polar

Sistema de agrupac10n de ciudades para diseño bioclimático El objetivo fundamental de esta agrupación climatológica de localidades es asociarla de acuerdo con sus requerimientos de diseño, ya que la clasificación oficial está enfocada a la agricultura. Se buscó un sistema para la agrupación de ciudades que permitiera identificar con facilidad sus requerimientos bioclimáticos generales, ya que la clasificación de Enriqueta García no es práctica para fines arquitectónicos porque interrelaciona en una forma compleja al menos cuatro datos climatológicos. Por ello es difícil que la puedan entender personas con pocos conocimientos de climatología. Por otra parte, las agrupaciones derivadas de esta clasificación no corresponden, en algunos casos, a los parámetros de confort, ni a las estrategias de diseño arquitectónico.

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Sistema de agrupación bioclimática Figueroa y Fuentes, del Grupo de Arquitectura Bioclimática de la UAM-A, 8 sobre la base de las características del clima relacionadas al confort y a su clasificación oficial, efectuaron diversos reordenamientos comparándolos en sus parámetros básicos de confort humano. Estos parámetros son la temperatura y la humedad relativa como han sido establecidos por diversos autores como Olgyay, Givoni y Szokolay. Para la República mexicana sólo los observatorios miden la humedad, y ésta no está registrada de manera completa, pero sí existen datos de precipitación pluvial total, la cual está estrechamente relacionada con la humedad. Si bien la precipitación pluvial se ve afectada por otros factores como cuerpos de agua, brisas, tipografía, vientos dominantes, vegetación, etcétera, es preferible disponer de la información existente. Para esta clasificación se utilizan como parámetros base la temperatura promedio del mes más cálido y la precipitación pluvial anual. Ambos datos se pueden obtener con facilidad para cualquier estación meteorológica, ofreciendo un sistema consistente con el oficial y que a la vez se adapta a los rangos de confort higrotérmico. Se considera la temperatura promedio del mes más cálido para determinar los requerimientos de enfriamiento, confort o calefacción para el verano en tres rangos:

Menores de 21 ºC para requerimientos de calefacción. Entre 21 y 26º C para la zona de confort térmico. Mayores de 26ºC para requerimientos de enfriamiento. La precipitación pluvial anual se usa para determinar los grados de aridez o humedad, en tres rangos:

Menores de 650 mm para climas secos. Entre 650 y 1000 mm para confort higrométrico. Mayores a 1000 mm para climas húmedos. Con estos seis grupos se obtienen las zonas de los siguientes climas: Menores de 650 Frío seco

Templado seco

Cálido seco

8 V. Fuentes, A. Figueroa, Criterios de adecuación Bioclimática, México, IMSS,1990.


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650mm Frío

Templado

Cálido

Templado húmedo

Cálido húmedo

1000 mm Frío húmedo

21 ºC

26 ºC

En esta clasificación se tiene una buena correspondencia con el sistema oficial de clasificación climatológica de Koppen-García y con las estrategias de diseño bioclimático. Frío seco En este clima se agrupan ciudades con requisitos de calefacción tanto en el verano como en el invierno y poca precipitación pluvial todo el año, por ello, serán en general climas Bs o Cw. Agrupando ciudades como Zacatecas, Pachuca, Actopan. Fríos Ciudades con requerimientos de calentamiento durante todo el año. Presentan una precipitación pluvial media y con climas Cw, como Toluca, Apizaco y Chalco. Fríos húmedos Localidades que necesitan calefacción todo el año, con un régimen alto de precipitación pluvial, generalmente climas Cw y Cf, como San Cristóbal de las Casas, Amecameca, Desierto de los Leones ,Valle de Bravo. Templado seco Corresponde a localidades con confort en el verano y requerimientos de calefacción en el invierno y poca precipitación anual. Son climas Bs como Saltillo, Durango, Aguascalientes, León. Templado En este clima las ciudades presentan un confort higrotérmico en el verano con requerimientos de calefacción sólo en invierno. Son climas Cw, (A)C como Irapuato, Guadalajara, Guanajuato. Templado húmedo Corresponde a ciudades con un confort térmico en verano y requerimientos bajos de calefacción en el invierno. Al ser húmedos presentan poca oscilación térmica y una precipitación pluvial elevada, lo cual los clasifica como climas Cfm, A(C ) y (A) C como Orizaba, Cuernavaca, Tepic.


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Cálido seco Ciudades con requerimientos de enfriamiento en el verano y poca prec1pitac10n pluvial, por lo que se recomienda como sistema de climatización el enfriamiento evaporativo a través de la humidificación y ventilación. Correspondiendo los climas Bw y Bs, en los cuales se clasifican Monterrey, Torreón, La Paz. Cálido Para estas localidades se tienen requerimientos de enfriamiento en verano y presentan una precipitación pluvial media. Se recomienda la protección a la incidencia solar tanto directa como indirecta. Corresponde a los climas Aw y (A)C, como son Colima, Mérida, Tuxtla Gutiérrez. Cálido húmedo Presentan requerimientos de enfriamiento durante todo el año y tienen regímenes muy elevados de precipitación pluvial, por lo que son muy húmedos, y su estrategia básica es la ventilación. Se clasifican como climas Af, Am, Aw, y son ejemplificados por Campeche, Tampico, Cozumel, Villahermosa. Esta clasificación es fácil de aplicar a problemas arquitectónico mediante las estrategias básicas de diseño bioclimático: calentamiento/enfriamiento, humidificación/deshumidificación, inercia térmica y masividad y, por último, ventilación. Ofrece la ventaja de una sencilla determinación de los climas sobre la base de dos elementos, los cuales son fáciles de conseguir en las fuentes de información disponibles, como son los registros normalizados del Observatorio Meteorológico Nacional y el Atlas de Agua, en donde se pueden encontrar Isoyetas e Isotermas mensuales para toda la República mexicana, y en algunos boletines climatológicos emitidos por el Observatorio Nacional. En conclusión podemos afirmar que el clima es determinante para el diseño. Los arquitectos tienen la obligación de entenderlo, interpretarlo y aplicarlo para beneficio de los usuarios de sus proyectos. La arquitectura sólo puede entenderse como una respuesta a los elementos y factores del clima, que a su vez influyen sobre el comportamiento social y cultural del hombre.

Orientación y emplazamiento en la arquitectura

El análisis histórico de la arquitectura vinculado con el estudio de las condiciones geográficas o ambientales permite acercarnos a las soluciones particulares de los edificios y verificar si éstas son consecuencia de esta relación, entendida a partir de las necesidades del usuario, ya sea que tengan que ver con la sensación de confort físico, generalmente temperatura y humedad, o con los aspectos funcionales más vinculados con el confort psíquico o necesidades particulares de la construcción. Es evidente que las necesidades de confort son comunes a todos los hombres, pero las condiciones geográficas y climatológicas no son homogéneas, ya que tenemos diferentes climas: fríos, templados, cálidos, y entre ellos un sinnúmero de combinaciones, lo que trae consigo variaciones en las soluciones arquitectónicas. También, estas soluciones varían en relación con el ámbito cultural donde se desarrollan y las necesidades programáticas de los edificios: vivienda, edificios de gobierno y públicos, fortificaciones, mercados, templos, etcétera. No tendrá el mismo argumento ni impacto la orientación de la vivienda, donde predominará el confort físico, que la orientación de una fortaleza donde la organización de los espacios y el uso de los materiales de construcción están vinculados estrechamente con el rigor castrense de la táctica militar y el desarrollo tecnológico de las armas. Durante siglos, la orientación ha sido determinante en el diseño de las construcciones, y si bien tiene su origen en la búsqueda del bienestar físico predominan las implicaciones simbólicas y culturales. En algunas culturas de la antigüedad la división del cielo con base en los puntos cardinales tenía que estar reflejada en el trazo de los ejes dominantes de los edificios significativos y de las ciudades. A lo largo de la historia la preocupación por la orientación de los edificios va decayendo, sin embargo permanece durante algún tiempo en las construcciones religiosas debido a los aspectos litúrgicos y funcionales, pero paulatinamente éstas también abandonan la tradición.


El funcionalismo arquitectónico y la preocupación por los espacios higiénicos provocaron el resurgimiento de la importancia que la orientación tiene en las edificaciones, a tal grado que en el documento del cuarto Congreso Mundial de Arquitectos (Carta de Atenas) el Sol, la vegetación y el espacio son declaradas las tres materias primas del urbanismo. A partir de este movimiento es que se fomenta, en el ámbito de la arquitectura, el estudio de las condicionantes ambientales, dentro de las que tiene gran relevancia la orientación. Surgirá toda una corriente arquitectónica que hoy en día llamamos Arquitectura Bioclimática.

Traza urbana y orientación Asoleamientos, viento y agua son las condicionantes que generan los principios básicos de la planeación urbana en la antigüedad. Los primeros asentamientos urbanos se caracterizan por localizarse aproximadamente entre el trópico de cáncer y el paralelo 30° norte, lo que implica tener condiciones climatológicas similares. Se encuentran relacionados con importantes ríos o fuentes de agua, como son los casos del Nilo, el Tigris, el Éufrates, el Indo o el Wei Huang, y en México, el río San Juan, el lago del Valle de México o los cenotes de Yucatán. Protegerse de los vientos desfavorables y aprovechar los favorables, orientar las calles en función del movimiento del sol y considerar el abastecimiento de agua son, sin duda, aspectos fundamentales en el diseño y traza urbana que, aunado al uso de retículas como consecuencia de la idea de crear un orden espacial y eficiencia funcional, dieron por resultado ciudades con alto grado de integración ambiental. Es así que podemos ver el predominio de retículas orientadas según los puntos cardinales, y en muchos de los casos existe la jerarquización de uno de los ejes, ya sea norte-sur o este-oeste; Mohenjo Daro, Teotihuacán, Beijing, Babilonia, o algunos casos de ciudades egipcias, son ejemplos de ello; también de épocas posteriores tenemos a la ciudad griega hipoddmica o el Campus Romano. Esta condición se refleja en la orientación de los predios y, por tanto, de las construcciones, convirtiéndose en un factor más de las soluciones particulares de los edificios y, sobre todo, de aquellos que por su jerarquía y su carácter pµblico tienen un fuerte vínculo con la traza urbana.

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Mohenjo Daro (3000 a.C.) en el Valle del Indo, muestra una clara orientación norte-sur

Teotihuacán (150-450 d.C.), el trazo reticular y el eje predominante con orientación norte-sur (sgún R. Millon)

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@ s

Tres insulae de la ampliación de Olinto (432 a.C.), con clara orientación norte-sur

Priene (350 a.C.), traza regular con orientación norte-sur

Verano

Gráfica solar

Verano

Invierno

Corre esquemático

Aplicación del programa Mac-Heliodón en la reconstrucción hipotética de las casas de Delos de la insula II para determinar el comportamiento de los asoleamienros en invierno y verano

Es difícil encontrar un criterio de orientación en la traza de la ciudad medieval pues predominan topografía, seguridad y casualidad. Será hasta el siglo XIV que otra vez se plantea el problema de orden espacial y eficiencia en la funcionalidad, que evoluciona a lo largo del siglo xv y XVI. Aunque se desarrollaron notables proyectos teóricos, en la práctica no se logran producir importantes transformaciones en los organismos urbanos y territoriales, dado que la expansión demográfica y la colonización del continente europeo había terminado y no existía la necesidad de fundar nuevas ciudades o de ampliar a gran escala las existentes, como sucederá en épocas posteriores. Fueron pocas las ciudades ideales que se edificaron, de entre ellas se distingue Zamosc, en Polonia, donde la traza se apoya en una retícula que se genera a partir de una plaza cuadrada y que es coincidente con los puntos cardinales. El perímetro irregular pentagonal, característico de la muralla renacentista, establece un eje dominante en el sentido este-oeste. Los conquistadores y colonizadores de América son portadores de estas tradiciones mediterráneas y


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occidentales, y fundan las nuevas ciudades con un modelo uniforme, que surge de la tradición medieval, de la cultura renacentista, de los textos de los tratados (Vitruvio, Alberri, etcétera) y del espíritu de regularidad geométrica. Este modelo fue impuesto por las autoridades desde los primeros años de la Conquista con base en las leyes de 1573, quizá la primera norma urbanística de la edad moderna 1• Dentro de ésta se menciona de manera clara la orientación que deben tener las ciudades:

... La plaza central debe situarse en el centro de la ciudad, de forma oblonga, con la longitud igual, al menos, a una vez y media su anchura ... . . . Las cuatro calles principales conducen foera de la plaza, cada una de ellas desde elpunto medio de cada lado, y dos desde cada uno de los dngulos. Estos deben estar orientados hacia los cuatro puntos cardinales, porque así las calles que salen de la plaza no estardn expuestas directamente a los cuatro vientos principales. Toda la plaza y las cuatro calles principales que divergen de ella estardn provistas de pórticos porque son muy necesarios a las personas que en ellos se congregan para comerciar... 2 En ocasiones la orientación propuesta era muy conveniente, pues coincidía con la utilizada en la traza de los asentamientos prehispánicos, y en consecuencia se sobreponen, como es el caso de la ciudad de México. La referencia de que los pórticos son muy necesarios se relaciona con la tradición mediterránea para protegerse de los asoleamientos de verano y la lluvia de invierno. La plaza central y la orientación definida de la traza tenían una trascendencia definitiva sobre la localización de los principales edificios públicos ubicados en ella: ... En las ciudades del interior, la iglesia no debe situarse en elperímetro de la plaza, sino a una distancia suficiente como para estar libre, separada de los demds edificios de forma que pueda ser vista en todo el contorno ...

... El hospital de los pobres, donde se hallan los enfermos no contagiosos, se construird en el lado norte, de forma que esté expuesto a Sur... ... Las parcelas edificables alrededor de la plaza no deben ser concedidas a los particulares, sino reservadas a la iglesia, a los edificios reales y municipales, las tiendas y las casas de los mercaderes, que deben ser construidas las primeras . .. 3

Plano fundacional de la ciudad de Mendoza en Argentina (1562); los ejes cardinales determinan la orientación de las calles, publicado en Urbanismo español enAmérica, p. 221 1 Las ordenanzas de Felipe II se componen de 148 artículos, divididos en tres grandes apartados, en el segundo, De las Nuevas Poblaciones, artículos del 11 O al 13 5, se encuentran las referencias respecto a los aspectos físicos y de trazo. 2 Retomado de L. Benevolo, Diseño de la Ciudad, Barcelona, Gustavo Gili,Vol 4,1982, pp.112-116.

3Idem.

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Planta de la ciudad de Santiago de León (hoy Caracas, Venezuela), publicado en Urbanismo español enAmérica, p. 169

4 G. Kubler, Arquitectura Mexicana del siglo XVI, Fondo de Cultura Económica 1982, pp. 94-95. 5 L.Benevolo, op. cit. p. 122. 6 B. Risebero, Historio dibujada de la arquitectura, Madrid, Celeste Ediciones, 1991, pp. 187-189 y216.


Probablemente estas disposiciones se basan en las experiencias de las órdenes mendicantes, y algunas de ellas están relacionadas con conceptos abstractos o, como lo mencionábamos, con modelos preestablecidos. Estaba considerado un lugar genérico que sólo recibiera vientos del este, y como consecuencia, los nuevos poblados deberían establecerse al este y oeste de las montañas para evitar los vientos dominantes. Las ciudades de costa no deberían tener mar abierto al sur y al oeste, lo que en ocasiones era una condicionante de la realidad, ya que si los vientos empujaban del sureste como sucede en el Golfo de México, obstaculizaba la llegada de las embarcaciones a los puertos. Bajo las mismas disposiciones, los asentamientos a las orillas de los ríos deberían establecerse en el lado este, con la intención de que olores, infecciones o niebla fueran empujados hacia afuera de la población. Otra disposición recomendaba que las ciudades estuvieran orientadas de tal manera que recibieran solamente los vientos del norte y del sur. 4 Este modelo utilizado por los españoles en Latinoamérica, es aplicado por franceses e ingleses en la colonización de América del Norte. Jefferson, uno de los fundadores de los Estados U nidos, establece en 1785 un reticulado orientado según los meridianos y los paralelos, que debe servir para colonizar los nuevos territorios del oeste americano. 5 En México, además del modelo claramente establecido, existe otro esquema generador de los asentamientos urbanos de menor dimensión. Éste consiste en los desarrollos que surgen a partir del conjunto conventual característico de los siglos XVI y XVII, donde en función de la dinámica de crecimiento demográfico en su entorno se convierten en el elemento ordenador del espacio. Este es el caso de Amecameca, Azcapotzalco, Coyoacán, Tepotzotlán, donde el eje de orientación del templo definió el eje de composición del conjunto y, a su vez, del asentamiento. Los problemas de salubridad, el crecimiento urbano y la exigencia de una nueva calidad de vida urbana provocaron importantes transformaciones en las principales ciudades europeas a lo largo del siglo XIX. Una de las obras más importantes fue la reconstrucción del centro de París (1853-1869), obra del barón Haussman, que convirtió la antigua ciudad medieval en una expresión urbana del barroco. Los trazos se rigieron por aspectos estéticos recuperados o inspirados en el conjunto de Versalles y por razones de control y seguridad. 6 Al trazado radial de las calles se le dio un nuevo significado. Si bien las grandes avenidas con


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vegetación impulsaban la idea de espacios más salubres, realmente la orientación y los asoleamientos no fueron determinantes en el trazado. La influencia de esta obra trascendió más allá de sus fronteras. Viena convertía su muralla medieval en la ringstrasse (1858), amplia avenida de traza Haussmaniana. En México, años después durante el Porfiriato, se retomaban algunos de estos postulados en los planes de expansión de la ciudad. Aunque las ciudades se mejorasen, era evidente que tenían serios problemas, entre ellos la congestión, la ineficiencia y los altos costos, cuya causa se encontraba en la ausencia de planeación. A finales de siglo XIX surgen algunas propuestas de planeación urbana. Conceptos como la Ciudad Jardín de Howard, la Ciudad Lineal de Soria y Mata o la Ciudad Industrial de Garnier serán los antecedentes inmediatos del urbanismo del siglo xx. Sin embargo, siguieron predominando conceptos estéticos o formalistas Haussmanianos y el interés por las condiciones de orientación y asoleamientos resultó limitado. Fue en el siglo xx, con la corriente funcionalista, cuando renace el interés por la orientación. Las nuevas unidades habitacionales alemanas utilizaron la tipología de los edificios lineales orientados en función de los asoleamientos. El trazado de ejes heliotérmicos, a nivel urbano, fue promovido en los países centrales de Europa. Esto tenía un claro vínculo con las aseveraciones sobre el carácter curativo de los rayos solares y, en particular, relacionado con la enfermedad de la tuberculosis. En el año de 1933 durante el Congreso Internacional de Arquitectura Moderna (CIAM), en Atenas, Grecia, se le dio un espacio importante a los aspectos ambientales y, entre otros, a la orientación, lo que se reflejó en el punto 26 de la llamada Carta de Atenas:

.. .La medicina ha demostrado que la tuberculosis se instala allí donde el sol no penetra; pide que el individuo sea en lo posible vuelto a colocar en "condiciones de naturaleza. "El sol debe penetrar en cada vivienda varías horas al día, aun durante la estación menos favorecida. La sociedad no tolerará más que familias enteras queden privadas del sol, y por ende, destinadas al debilitamiento. Todo plano de casas en el que una sola vivienda estuviera toda mal orientada, oprivada del solpor causa de sombras proyectadas, será rigurosamente condenado. Debe exigirse a los constructores elplano demostrativo de la penetración solar en cada vivienda durante dos horas como mínimo en el solsticio de invierno, sin lo cual se negará la autorización para construir. Introducir el sol es el nuevo y más imperioso deber del arquitecto... 7

Propuesta de Howard, para una ciudad jardín de su obra Tom01;ow (1898)

7 Retomado de F. Tudela, Ecodiseño, México, UAM, 1982, p. 197.

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Posteriormente en 1941, Le Corbusier escribiría:

Construir para el hombre. , ,es, inmediatamente, restituirle elprincipio y la llave, que es el Sol Precisa, pues, (el arquitecto) comenzar los planos inscribiendo el curso del sol en el solsticio de invierno y en el solsticio de verano. Es el soly sólo el sol el que decide la orientación de la casa. Poco importa, por el momento al menos, el trazado existente de las calles, ... . . .Pero su presencia excesiva ¿no sería un peligro? Sin duda, si no faera tan fdcil tamizarlo ofiltrar sus rayos .. . 8

Estudio de Le Corbusier para la Ville Radíeuse (villa radiante), bajo los principios de los ejes heliotérmicos

La problemática de la orientación ocupó un lugar predominante en la arquitectura de la corriente funcionalista, adecuada, en lo general, a las condiciones locales de cada región del mundo, ya que los postulados iniciales tenían un carácter netamente europeo. En países como México resulta de gran importancia el control de la radiación solar directa, ya que en ciertos periodos y horarios, provoca condiciones inadecuadas en los edificios. La energía barata, la industrialización y la especulación con la arquitectura y una filosofía de dominio sobre las condiciones ambientales, provocó el abandono de la preocupación por la orientación de calles y construcciones. La comodidad en los edificios se logra mediante sistemas activos de calentamiento, enfriamiento, humidificación, lavado de aire, etcétera. En la actualidad sabemos que requerimos de una arquitectura con consumos energéticos óptimos y que, por tanto, la orientación, ya sea en su nivel urbano o arquitectónico, resulta determinante. La orientación de vialidades y edificios debe estar sujeta a las condiciones particulares del lugar, en busca siempre del confort en sus exteriores e interiores.

La orientación de los edificios religiosos

Sldem.

El hombre ha tenido a lo largo de su historia lugares sagrados, sean estos espacios naturales, delimitados artificialmente o construidos. En general estos espacios en su origen se relacionan con una serie de rituales o creencias de la vida, la muerte y la producción de alimentos, con todo lo que esto significa; el movimiento del Sol, las estaciones del año, el movimiento de la Tierra, la Luna, el día y la noche, el calor y el frío, los periodos de lluvia y de sequía, los fenómenos climatológicos, etcétera. Esta relación entre el templo y la periodicidad de los fenómenos climatológicos que a su vez suelen estar vinculados con el movimiento del Sol y la Tierra, ha sido determinante en la orientación del eje principal de estos edificios, y, como consecuencia, se convierten también en lugares de observación


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astronómica, edificios calendario, de conocimiento y predicción de los fenómenos climatológicos y astrológicos. Lugares de poder para aquellos que tenían el conocimiento. Esta aseveración está referida sobre todo a los orígenes y a la antigüedad, pero son éstos los que determinarán una tradición en la orientación de los edificios religiosos y en particular de los templos. En Egipto predomina la orientación del eje principal de los templos hacia la ribera del río Nilo que, como todos sabemos, era importante factor de desarrollo en esa cultura; sus desbordamientos estaban vinculados a la producción agrícola. Esta condicionante en la orientación hace que no exista una clara relación entre la posición del sol y el edificio, pero podemos observar cómo en la techumbre de los templos se diseña un sistema de orificios para la proyección de rayos solares en su interior, que permiten la relación con el movimiento del sol y la tierra y con ello el establecimiento, probablemente, de un calendario. En la Roma antigua predomina la orientación de las fachadas hacia el poniente. Vitruvio (I a.C.) describe las preferencias en lo que se refiere a la orientación de los templos de la siguiente manera:

A fin de que los templos de los dioses inmortales tengan la orientación que les corresponda, se han de construir de manera que, de no haber alguna razón que a ello se oponga, el edificio y la imagen que del dios se coloque en la cela miren hacia Poniente . .. Pero si por naturaleza del lugar no pudiese hacerse así cómodamente, entonces su orientación se determinará de modo que desde el templo se descubra la mayor parte de la ciudady además, si el templo estuviera al borde de un río, como ocurre en Egipto con el Nilo, el templo debe mirar hacia las riberas .. . . . . si estuviese cerca de caminos públicos, ha de orientarse que todos cuantos por allí pasen puedan volver hacia el templo sus ojos y hacer de frente sus reverencias. 9 El ongen constructivo del templo cristiano se encuentra en las tradiciones arquitectónicas romanas, conservando, entre otros, su orientación predominante este-oeste. Es así que durante el gran auge constructivo de templos en la Europa medieval y, posteriormente, durante el renacimiento, predomina la fachada principal expuesta hacia al poniente, aspecto que se recupera en algunos textos como el Rationale Divinorum Officiorum donde dice:

... Debe también fandarse (una iglesia) de tal modo que la cabeza mire rectamente hacia el Oriente, ... o sea, hacia el nacimiento del sol equinoccial, para denotar el hecho de que la Iglesia, que milita en la tierra, se debe moderar ecuánimemente tanto en las cosas prósperas como en las adversas, y no hacia el solsticial, como hacen algunos ... 10

9 M. L. Vitruvio, Los diez libros de la arquitectura, Iberia, 19 55, libro 4, capítulo V, p. 98. 10 Rationale Divinorum Offíciorum a R.O. Guglielmo Durando ... concinnatium,

Venettis 1572, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM 1985, p. LXI.

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O en las actas Mediolanensis donde podemos leer:

Cuide (el obispo) absolutamente que aquella (iglesia) se edifique de tal modo que no se aparte de la costumbre antigua ni de la tradición aprobada para que el sacerdote que celebra misa en el altar mayor mire el Oriente. 11 También los tratadistas del siglo XVI retoman este problema, entre ellos Andrea Palladio en Los Cuatro Libros de Arquitectura 12 y Carlos Borromeo, en su obra

Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos. 13 En los textos de Palladio se reflejan las bases de su idea de la arquitectura: la antigüedad, Vitruvio, una conciencia específica de la modernidad que arranca de la revisión de Alberti, y del estudio profundo de Bramante y del conocimiento de su contemporaneidad. Es por ello que al citarlo debemos estar conscientes de que sus textos recuperan de forma amplia la tradición como propuesta, y en lo que se refiere al sitio y la orientación menciona, en el primer capítulo del libro cuarto:

... Las fachadas de los templos se harán de tal manera que dominen una gran parte de la ciudad, afin de que en la región parezca estar la guardia y protección de los ciudadanos. Pero si se construyen los templos foera de la ciudad, entonces sus fachadas se harían de modo que miren hacia las calles públicas, o a los ríos, si se construyeran junto a ellos, a fin de que los viajeros puedan verlos y hacer sus salutaciones y devociones delante de la fachada. 14

11 Acta Ecclesiae Mediolanensis ab eius initiis usque ad nostram aetatem,

opera et srudio presb. Achillis Ratti, Volumen secundum, Mediolani, 1892, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM 1985, p. XLVII. 12 A. Palladio, Los cuatro Libros de arquitectura, Madrid, AKAL, 1988. 13 C. Borromeo, Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, lJNAjvf,

1985. 14 A. Palladio, op. cit., p. 341.

El tratado de Borromeo se considera un documento de gran valor sobre todo para el estudio del periodo barroco en nuestro país, pero lo es también para efectos de nuestro trabajo, ya que éste recupera en gran medida la tradición eclesiástica en cuestiones de arquitectura y arte como signos litúrgicos. Si bien el tratado corresponde al último cuarto del siglo XVI, a través del escrito resalta como constante, el respeto a las tradiciones antiguas de la Iglesia, y por ello, puede ser utilizado como referente de lo que era la tradición en la construcción de los templos. En el capítulo X De la Capilla Mayor menciona:

Ahora bien, el sitio de esta capilla debe elegirse en la cabeza de la iglesia, en el lugar más elevado por cuya región esté la puerta principal; su parte posterior mire en línea recta hacia el oriente, aunque los domicilios del pueblo estén por la parte de atrás. Y no se sitúe nunca completamente hacia el oriente solsticial, sino hacia el equinoccial. Pero si de ningún modo puede haber talposición, la edificación de aquélla podrá volverse hacia otra parte, mediante eljuicio del obispo y con su


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permiso; y al menos cuídese esto: que no mire claramente hacia el norte sino hacia el sur, si puede hacerse. Pues bien, aquélla deberá construirse hacia el occidente, donde según el rito de la iglesia el sacerdote suele hacer el sacrificio de la misa en el altar mayor, con el rostro vuelto hacia elpueblo. 15 Respecto a la afirmación de que la orientación de los templos del cristianismo son consecuencia de una tradición de la antigüedad, existen opiniones y aseveraciones contrarias: ... Tocante a la posición del templo, los antiguos ponían el altar hacia el sol oriente, la cual cosa nosotros los cristianos no respetamos; pero en cualquier lugar que se hiciere el templo, su fachada principal se pondría hacia la plaza, o bien sobre el camino más noble16 En fin, parece ser que la orientación de los templos católicos en América, y en general su diseño, estaría más vinculada con el aspecto litúrgico y funcional. Y es por ello que en el diseño de los templos, a pesar de aconsejarse la participación de profesores del arte arquitectónica, la aprobación de dicho proyecto recae finalmente en la autoridad episcopal o eclesiástica del lugar. 17 No deja de ser relevante mencionar cuál era la tradición en la orientación de los edificios religiosos en el México prehispánico. La orientación de las pirámides, templos y otras construcciones se relacionan generalmente, con el orto y el ocaso del Sol en días específicos y también con fenómenos o cuerpos celestes determinados. Al estudiar la arquitectura mesoamericana desde el punto de vista de las alineaciones y orientaciones de edificios y confuntos, podemos encontrar ciertas relaciones con puntos específicos del paifaje, naturales como cerros, estrellas y planetas o artificiales como edificios construidos exprofeso para ello y marcadores artificiales. De ello se deduée. cierta intencionalidad para observar determinados fenómenos celestes en fechas concretas, predominando los días de los solsticios, los equinoccios y el paso del Sol por el cenit. Las orientaciones predominantes de los edificios están relacionadas con la traza del conjunto o centro ceremonial. Teotihuacán es quizá uno de los más importantes y estudiados. El eje norte-sur (desviado 15° 28' del norte magnético) regula la traza ortogonal. Al examinar la orientación de diversos sitios en Mesoamérica se encuentra una desviación similar del eje. Un segundo eje de composición se establece en el eje este-oeste (16° 30' al sur del este), respecto al cual está orientada la fachada principal de la pirámide del sol, la del poniente, como en la mayoría de los templos solares en el área de Mesoamérica. 18

Iglesia en Oltaszyn, Polonia (1450), orientación del eje de composición dominante en el sentido este-oeste

15 C. Borromeo, op. cit., p. 15. 16 S. Serlio, Turre !'opere d 'archirettura e prospettiva, Venezia, 1619, tomado de C. Borromeo Instrucciones de la Fábrica y del Ajuar Eclesiásticos, México, UNAM, 1985, p. XLVlll.

17 C. Borromeo, op. cit., p. XXll. 18 l. Marquina, Arquitectura Prehispánica, México, INAH-SEP, 1951, pp. 61-62.

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En los centros ceremoniales mayas se encuentran alineaciones que varían desde los 10° a los 23° al este del norte, pero en el caso de los templos parece predominar la orientación vinculada con el orto y ocaso solsticial. 19 Quizá el edificio calendario más importante, o por lo menos el más famoso, es el observatorio astronómico en Chichén Itzá El Caracol, que además de ser un monumento a Quetzalcóatl-Kukulcán fue construido para contener en su arquitectura un número importante de alineamientos de significación astronómica que formaron un verdadero calendario en piedra. Lo más característico de su estructura son sus asimetrías entre los elementos que la componen, ocasionadas por las necesidades funcionales de ésta. En Tenochtitlán se confirma la intencionalidad en la orientación de la traza urbana en las ciudades mesoamericanas, una retícula conforme a los puntos cardinales, que se vincula con la orientación \ de los principales edificios y templos, y que sufre una pequeña desviación de 7° al sur del este del eje \ este-oeste, atribuida a que el sol tenía que subir cerca S\ de 20° por un plano inclinado sobre el horizonte astronómico antes de poderse ver entre los dos templos que ocupan la parte superior del Templo Mayor, desde el punto de observación. Sin duda, esto resulta de la intención de celebrar eventos rituales, donde el orto equinoccial jugaba el papel predominante, situación que a su vez daba una preferencia formal y espacial a la fachada orientada hacia el poniente, generándose un eje dominante este-oeste. El manejo consciente de estas situaciones se refleja en los relatos de Fray Toribio de Benavente (Morolinía):

--

Teotihuacán pirámide del Sol, orientación del eje de composición dominante en el sentido este-oeste

.. .La fiesta de Tlacaxipehualiztli se realizaba cuando el sol salía en medio del templo de Huitzilopochtli, el cual estaba en el equinoccio, y debido a que estaba un poco desviado Moctezuma quería tirarlo y ponerlo 19 G. de Hoyos, Arquitectura Mesoamericana y Astronomía, México, UAM-A, CYAD, 1989, pp. 97-98. 20 Fr. T. Benavente, (Mocolinía), Memoriales o libro de las cosas de la Nueva España y de los Naturales de ella, México, UNAM, 1971.

bien .. _20 Sin duda, existe el vínculo o interrelación de traza urbana, edificios principales y astronomía, y con relación al género de los edificios religiosos podemos observar que los alineamientos están vinculados con el sol, la luna, venus, estrellas y constelaciones, pero quizá en jerarquía, dimensión e importancia, predominan los templos solares, con su fachada principal orientada hacia el poniente. Es así que dos tradiciones, la mediterránea y la americana convergen para

Introducción a la Arquitectura Bioclirnática

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crear una propia. De manera coincidente la orientación de los edificios religiosos es la misma o muy parecida, y al igual que su origen lo es también. Sin embargo, existe una clara diferencia espacial. El templo católico efectúa su ritual en un espacio cerrado, en el interior, mientras que en los templos mesoamericanos se realiza su ritual en el exterior, el interior es exclusivo de los dioses y de su personificación: los sacerdotes. Seguramente también es un aspecto que se vincula en su origen con las condiciones ambientales. El clima de Europa occidental tiene periodos prolongados en que las actividades en exteriores se encuentran limitadas debido a la presencia de lluvia, nieve y bajas temperaturas, entre octubre y abril. En cambio, el clima templado del altiplano mexicano con dos claros periodos, seco y de lluvias, permite, a lo largo de todo el año, el desarrollo de actividades en el exterior. En el caso del área maya, que se caracteriza por un clima cálido húmedo, los espacios abiertos y sombreados parecen reunir mejores condiciones de confort. El conjunto conventual es el representante más significativo de la arquitectura mexicana del siglo XVI. Los diferentes espacios fueron fundamentados en las necesidades tanto de los frailes evangelizadores como de la comunidad indígena que sería evangelizada y aculturada a la manera occidental. La intencionalidad de la empresa evangélica, las condiciones económicas, los problemas técnicos, los materiales, la participación de la mano de obra indígena y, por supuesto, las condiciones ambientales caracterizaron a esta arquitectura de rasgos propios. En el México recién conquistado los libros de arquitectura no circularon sino hasta la segunda mitad del siglo XVI. Sin embargo, Tovar y de Teresa afirma que Mendoza durante su virreinato (1535~ 1550) leyó el tratado de Alberti, De re Aedificatoria. 21 Todo conjunto conventual estuvo conformado por el templo, la capilla abierta, el convento propiamente dicho, el atrio, la huerta y el cementerio. Las relaciones que se establecen entre sus elementos espaciales están condicionadas a aspectos litúrgicos y funcionales, pero también por las condiciones y la fuerza del lugar. Podemos suponer que la tradición eclesiástica en cuestiones de arquitectura y arte, como signos litúrgicos, estaba lo suficientemente arraigada para que la orientación de los templos se hiciera con la fachada al poniente y la capilla mayor hacia el levante. Es posible que éste sea el principal motivo de la orientación del conjunto conventual Sin embargo, cada uno de los elementos requería condiciones distintas siempre relacionadas con la función o funciones particulares que se debían desarrollar. El elemento que articula las diferentes dependencias del área conventual es el

Convento de San Bernardo, Wroclaw, Polonia. La parte conventual está orientada hacia el sur y protegida de los vientos del norte por la masa de la nave del templo

21 M. Sánchez de Carrnona, "Analisís Tipológico de la Arquitectura Religiosa del Siglo XVI en México", en Estudios de Tipología Arquitectónica]996, México, UAM, 1996, p. 75.

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claustro y es, en él, donde encontramos los requerimientos de control térmico, sea para el confort de sus habitantes o en el uso de sistemas para la conservación de alimentos. Se trata de edificaciones modestas que en su origen está la renunciación a la vida material:

... Los edificios que se edifiquen para morada de los frailes sean paupérrimos y conformes a la voluntad de nuestro padre San Francisco: de suerte que los conventos que de tal manera se tracen, que no tengan más de seis celdas en el dormitorio, de ocho pies de ancho y nueve de largo, y la calle del dormitorio a lo más tenga espacio de cinco pies de ancho, y el claustro no sea doblado en pisos y tenga seis pies de aOncho. La casa donde yo escribo (la de Huexotla) fue edificada con esta traza ... 22 Convento agustino en Actopan. De forma similar, la parte conventual está orientada hacia el sur y protegida de los vientos del norte por la masa de la nave del templo

22 M. Sánchez de Carmena,

op.cit., p. 80, donde retoma a Gómez F. que a su vez hace la cita textual de Gerónimo Mendieta. 23 C. Borromeo, op. cit., p.95.

El carácter austero no le quitaba la necesidad de satisfacer necesidades básicas, la tradición europea habla del calefactorio o hipocausto:

Del lugar de la calefacción ... No lejos del comedor y del lugar de la limpieza de las manos puede edificarse el lugar de la calefacción, al cual dicen hipocausto, naturalmente con] una estructura en forma de hornillo, cúmde, encendido elfuego, las monjas durante el invierno llegan para calentarse; y éste debe ser de gran magnitud cuanta contenga el número de ellas. Tenga un hornillo compuesto opegado a la pared o levantado en medio, a fin de que por todas partes haya un lugar para calentarse ... 23 Esto significa que era importante el aspecto de confort térmico, srn embargo, las condiciones climatológicas del altiplano mexicano permitían abordar el problema sin necesidad de consumir energéticos. La orientación de los edificios y la distribución de los espacios en función de ésta, permitía resolver en gran medida este problema. El emplazamiento de los conventos de las órdenes mendicantes seguían cienas reglas. Sin embargo, podemos observar que la localización del edificio conventual parece no tener un significado específico. Lo que sí se puede apreciar es una vinculación con las condiciones climatológicas del lugar. En el altiplano predomina la localización del claustro en el lado sur del templo. Esta ubicación permite evitar el sombreado que pudiera provocar la masa del templo en el edificio conventual, sobre todo en el periodo invernal, cuando la posición del sol se inclina hacia el sur y la necesidad de obtener ganancias térmicas es importante. Adicionalmente el


44 Simulación de sombras en computadora, para una volumetría conventual donde la parte del claustro está orientada hacia el sur. Orientación característica para el altiplano y regiones con inviernos fríos

edificio se verá protegido de los vientos fríos del norte. Sucederá lo contrario en el periodo de calor, donde inclusive se logra cierto sombreado en las horas calurosas aprovechando la masa del templo. De esta manera, los asoleamientos de invierno y las sombras del periodo caluroso se vuelven una importante estrategia de diseño (Ixmiquilpan, Actopan, Acatlán, Atotonilco, Acolman). En el convento de Atlatlauhca, en el claustro, los vanos ubicados del lado sur son de mayores dimensiones que aquellos que se encuentran en la parte norte. Condiciones climatológicas distintas, a las mencionadas, las encontramos en las zonas cálido húmedas, donde los principales criterios de diseño serán ventilar y sombrear. Es en Yucatán donde predominan los ejemplos que ubican al claustro en el lado norte y este del templo. Protegiendo de esta manera al edificio habitacional de los asoleamientos del sur y del poniente (H unucmá, Hocabá, Mama, Mani, La Mejorada en Mérida). En ocasiones el claustro está separado de la iglesia por medio de un espacio abierto, tal vez para aprovechar la sombra proporcionada por el templo, sobre todo en las calurosas horas de la tarde. El conjunto conventual tendía a ser una entidad autosuficiente, por lo que requería de sistemas de almacenamiento de agua y alimentos. La cisterna o los sistemas de cisternas fueron la solución del agua. Los sistemas pasivos que se basan en el manejo de los conceptos orientación y ventilación resolvieron el diseño de

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Simulación de sombras en computadora, para una volumetría conventual donde la parte del claustro esta orientada hacia el norte. Característica para zonas calurosas y humedas

cámaras secas y cámaras frías para el almacenamiento de alimentos. Muchos fueron los factores que determinaron las características de los conventos del siglo XVI en Mesoamérica, pero en lo que se refiere al trazo y orientación dos resultan fundamentales: a) La tradición de construir los templos en el eje este-oeste, donde la capilla mayor está orientada hacia el levante y la fachada al poniente; b) Las condiciones geográficas y climatológicas del lugar, donde los edificios tratan de encontrar su emplazamiento más favorable. Podemos concluir que las obras arquitectónicas que se edificaron a lo largo de la historia fueron concibidas a partir de las características de su emplazamiento concreto. La relación entre los inmuebles y su medio circundante definió tanto su programa funcional como formal. Como hace ver Vitruvio en el capítulo I de su Libro Sexto:

... los edificios estardn dispuestos adecuadamente si se han tenido en cuenta ante todo las orientaciones y las inclinaciones del cielo en el lugar donde se desea construirlos; porque no deben ser construidos de la misma manera en Egipto que en España ... Al estar el aspecto del cielo inclinado en una forma distinta con respecto a los diferentes


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lugares, a causa de la relación que tienen con el zodiaco y con el curso del sol, es necesario disponer los edificios en razón de la diversidad de los países y de los climas. 24 Es importante retomar las lecciones tanto de las grandes obras edilicias como de la arquitectura vernácula, las cuales han adquirido singularidad gracias a las relaciones establecidas con el en torno en el que se localizaban. La elección del sitio de ubicación así como los vínculos con los elementos que lo componen en la tierra y en el cielo, determinan en gran medida el grado de satisfacción de las necesidades físicas y culturales de la sociedad que las habita.

24 M. L. Virruvio, op. cit., libro 6, capítulo 1.


Durante las décadas de los sesenta y los setenta, del siglo XX, se dio gran impulso al desarrollo de los métodos de diseño, lo que propició de manera notable la formación académica de varias generaciones de arquitectos. Casi todas las metodologías, impulsadas en ese entonces, buscaban encontrar soluciones secuenciales y lógicas que permitieran disminuir la importancia de la consabida caja negra e incluso convertirla en caja transparente. También habría que resaltar que este culto a la metodología fue promovido, sobre todo, desde el diseño industrial donde se exigían resultados a partir de secuencias planificadas dentro de la tradición industrial. Sin duda, el mundo de la arquitectura planificada, las fábricas de casas, la industria de prefabricados, etcétera, exigía menos genialidad y mayor planificación. Es justo en el área de toma de decisiones donde los métodos inciden de manera decisiva, ya que no es posible escoger entre múltiples opciones que se presentan en un proyecto, sin una clara estructura que ligue ordenadamente a los objetivos con los medios para alcanzarlos. Hoy en día se cuestiona, en el campo del diseño y en particular en la arquitectura, la eficacia de la aplicación de métodos rígidos y nuevamente estamos inmersos en el estilo o la genialidad, que también podríamos llamar frivolidad. Pero quizá no todo fue tan dogmático ni todo es tan empírico. Todos aquellos que realizamos una actividad proyectual utilizamos una serie de secuencias, conscientes o inconscientes, que nos permiten establecer un principio y un fin en el desarrollo de nuestro proyecto. Durante esta secuencia resolveremos problemas funcionales, constructivos y estéticos, que podrán ser verificados y evaluados en el momento y al término de su realización. El volumen de conocimientos obtenidos ya sea de fuentes formales (escuela, libros, etcetera) o de fuentes informales (experiencia, prueba y error, etcétera) permiten suponer resultados adecuados. No siempre es así, y no siempre tenemos la seguridad de que nuestra solución sea la correcta. Por ello buscamos el cómo, el referente, el similar, que nos permite suponer la realidad. Evaluar antes de construir es un requisito indispensable para garantizar resultados, siempre y cuando tengamos parámetros de referencia. Esta aseveración puede crear polémica, sin embargo, la necesidad de garantizar determinada normatividad constructiva y arquitectónica, así como ciertas condicionantes económicas y de confort han desarrollado el ámbito de la evaluación del diseño en la etapa proyectual.


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Los procesos de evaluación de un proyecto pueden tener variadas características; dependiendo de qué aspecto queremos evaluar: económico, físico, normativo, funcional, estético, utilizaremos modelos, laboratorios, bases de datos, expertos, reglamentos o cualquier otro medio. Por esta razón, los diseñadores buscamos herramientas que nos permitan movernos con relativa seguridad y que garanticen que las soluciones propuestas resuelvan los problemas planteados. En la actualidad, la arquitectura debe buscar un óptimo confort del usuario y del consumo energético. Para ello se requiere manejar un sinnúmero de variables: temperatura, humedad, iluminación, ventilación, orientación, insolación, sensaciones, color, materiales, sistemas de acondicionamiento, instalaciones, etcétera. Esto nos habla de la complejidad del problema que debemos tratar de resolver con diseño y no con tecnología, y a veces con sólo regresar a conceptos tan sencillos como la orientación. En esta sección en particular, nos interesa mencionar algunas de las herramientas utilizadas para evaluar las edificaciones en lo que se refiere a la incidencia solar, muy relacionada con la sensación de confort en los espacios arquitectónicos y que sin duda también tiene impacto en los costos de funcionamiento y mantenimiento (energéticos). La orientación que se dé a los edificios supondrá qué tanto los rayos solares inciden sobre cada una de sus fachadas y cuáles serán los efectos de dicha incidencia. Si queremos resolver en forma adecuada las distintas fachadas, ya sea abriéndolas o utilizando sistemas de cerramiento o control, debemos conocer, entre otros, la posición del sol respecto a la construcción analizada. Existen varias formas para determinar la trayectoria del sol respecto a un sitio específico y, en consecuencia, definir los distintos ángulos de incidencia a lo largo del día y en los distintos periodos del año. En la actualidad predominan básicamente dos técnicas: una, la experimentación en laboratorio mediante máquinas solares o heliodones; otra, la utilización de sistemas numéricos, ya sean de aplicación matemática, gráfica (20) o tridimensional (30). De ambas trataremos de realizar una presentación actualizada, precedida de una introducción de carácter histórico.

Los antecedentes En la historia de la humanidad ha existido la idea de que el tiempo es cíclico y se ha medido en relación con acontecimientos concretos, en general vinculados a aspectos relevantes de la vida humana. La producción agrícola y el cambio de estaciones, los inicios de periodos de lluvias, la salida y puesta del Sol, están vinculados con el movimiento de los astros de nuestro universo y en particular con el movimiento de la Tierra respecto al Sol. Es quizá ésta la razón por la que el hombre, desde la antigüedad, ha tenido la necesidad de establecer, medir o prefigurar la trayectoria y posición en que se encuentran los astros a lo largo del año respecto a algún sitio específico. Los motivos centrales se relacionan con el conocimiento de los fenómenos físicos de nuestro entorno y la posibilidad de

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predicción de los ciclos que tienen que ver con la producción de alimentos. Sin embargo, este conocimiento resulta también de utilidad para el diseño y construcción de edificios. La necesidad de vivir en un lugar relativamente protegido, cómodo y seguro, requiere de un volumen de información importante, como por ejemplo las características climatológicas del lugar. Muy variadas y diferentes son las herramientas que utiliza el hombre para establecer y predecir los ciclos climatológicos. Entre ellas están los medidores del tiempo cíclico, ya sea en forma de relojes solares, edificios solares o mega instrumentos que permiten observar la aparen te trayectoria de los astros.

Los observatorios

Los Trilitos de Stonehenge

1 B. Fletcher, A History of Architecture, Londres, Butterworths, 1989, pp. 200-204.

La capacidad del hombre de orientarse en el tiempo y el espacio está relacionada con la observación del movimiento cíclico de los objetos celestes. Es así que encontramos a los astrónomos, desde los tiempos más remotos, siempre vigilando los cielos en busca de significado y comprensión. La evidencia de esta actividad tiene relación con la arquitectura, sobre todo con aquélla vinculada a la medición de los ciclos y que generalmente se asocia con rituales religiosos o mortuorios. Esta es la razón por la que podemos encontrar un sinnúmero de edificios o construcciones, en diferentes partes del mundo y de distintos periodos de la historia, diseñados de manera exclusiva para la observación de la bóveda celeste. Nos parecen ejemplos significativos, entre otros, los casos de Stonehenge, Chichén Itzá, Jaipur o algunos otros de la época moderna como la Torre Einstein en Potsdam. El más antiguo de ellos es Stonehenge (Wiltshire, Inglaterra, 2600-1800 a.C.). Consiste en un grupo de trilitos colocados en forma de herradura, se encuentra dentro de un círculo de 30 piedras, con un diámetro de más de 90 m. A ochenta metros del centro existe un marcador, la piedra Talón, que en combinación con el trilito central marca el eje dominante del conjunto. Esta obra es considerada por muchos una estructura ritual, vinculada al mundo pagano, druídico, pero es en realidad un instrumento astronómico de gran tamaño que consistía en un par de miras similares a las de un rifle: La mira anterior es elpar de piedras que forman la entrada. La posterior era elpar de piedras que formaba el trilito. Utilizando este sistema encontramos algunos alineamientos de las posiciones críticas de los principales astros celestes: la puesta del sol en el solsticio de invierno, la puesta del sol en el solsticio de verano y los ortos lunares de invierno y verano.'


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En el mundo prehispánico de América, uno de los centros de observación astronómica que resulta de gran interés por su arquitectura es Chichén Itzá. Aquí una de las estructuras más importantes es la del Caracol u observatorio astronómico. Este edificio consta de dos plataformas sobrepuestas y en ellas un edificio circular a manera de torre, que tiene en su parte central una escalera de caracol por la que se llega a una pequeña cámara de observación. En las paredes de este espacio hay una serie de orificios o ventanillas que permiten la observación de los astros y su movimiento; su ubicación coincide con un número importante de alineaciones entre la arquitectura y los principales astros celestes. 2 Es de suponerse que este megainstrumento estaba relacionado con la elaboración del calendario utilizado en aquel entonces y la necesidad de establecer con precisión determinadas fechas importantes para eventos de diferente índole, religiosos, civiles y de carácter agrícola. En Mesoamérica, en particular en la región maya, existen otras construcciones de planta circular con características similares que también son consideradas observatorios astronómicos: Montealbán, Paalmul y Mayapán, entre otros. Quizá es en Oriente donde más se desarrolla el concepto de los megainstrumentos o instrumentos arquitectónicos para la observación astronómica, y de entre ellos el más afamado es el Observatorio de Jaipur, construido en la India en 1734 d.C. Su importancia se deriva de dos circunstancias, la primera, las características de su equipamiento y la segunda, sus condiciones de conservación. La realización a una escala gigantesca de los instrumentos de observación da a las colosales esculturas un misterioso significado. La arquitectura de estos enormes instrumentos (yantra) es de volúmenes lisos, sencillos, imponentes, en los cuales las líneas curvas se mezclan armoniosamente con las rectas. En esta obra, parece ser mucho más importante que la tecnología la relación espacial con el cosmos que debían observar. Algo que sirviera para observar el cielo, sobre todo, para establecer una relación con él. Y para este fin, una gran meridiana como el Samrat Yantra (coloso de 45 m de longitud, 30 m de ancho y 27 m de alto) que proyecta su sombra sobre una escala graduada para observar los ángulos de proyección. O el gran reloj solar con el Nadivalaya Yantra, o bien doce máquinas para el estudio de signos del zodiaco. 3

Arquitectura para el seguimiento de la trayectoria solar Como ya hemos mencionado, el hombre desde la antigüedad ha percibido la relación entre los ciclos y el movimiento de los astros respecto a su mundo. Dentro de la inquietud que esto representa podemos apreciar un especial interés por el sol,

Chichén Itzá, vista del observatorio

Jaipur,

reloj solar

2 S.G. Morley, La Civilización Maya, México, FCE, 1987, pp. 295-303. G. de Hoyos, Arquitectura Mesoamericana y Astronomía,

México,UAM,1988, pp. 85-105 yll3-116. 3 B. Rudofsky, Constructores Prodigiosos, México, Concepto,

1988,pp.57-71.

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Observación de la rrayecroria solar

ya sea como símbolo de vida y fuerza o como referente de los ciclos climatológicos. Es por ello que desde tiempos remotos encontramos artefactos y edificaciones para medir los cambios de posición del sol. Los griegos establecieron la medición del tiempo mediante relojes solares, el más común es el gnomón, instrumento de astronomía compuesto de un estilo vertical y un círculo horizontal con el que se determinaba el acimut y altura del sol; también se le da la acepción de indicador de horas en los relojes solares. Gnómica es la ciencia que trata de la construcción de relojes solares que permiten definir la hora, el día y la estación del año, esto en función del ángulo y longitud de la sombra proyectada. Es a partir de estos conceptos que se desarrollan los métodos gráficos para la representación de la relación entre orientación, ángulos de incidencia y sombras proyectadas. Sin embargo, en otros ámbitos geográficos y culturales aparecen construcXochicalco, fenómeno ciones diseñadas exclusivamente para la observación del Sol y de su trayectoria en luminínico el día del la bóveda celeste. Numerosos ejemplos encontramos en América, en la arquitecequinoccio de primavera tura del mundo prehispánico, también en el antiguo Egipto y el lejano Oriente. Estas tradiciones y cierto romanticismo provocan propuesLínea de la saltda del sol los días 21 de septiemrrc y 21 de man:o tas contemporáneas de edificios o megainstrumentos ::::;.> '!,¡-, Templo E-1 ~ para la observación de la trayectoria solar. Como ejemplos mencionaremos tres obras importantes que reúnen características arquitectónicas radicalmente diferentes, sobre todo en la forma de percibir la relación entre la posición del sol y la tierra; el manejo del gnomón vertical y la sombra en un plano horizontal, la utilización de la barra horizontal y la lectura de sombras proyectadas en una superficie vertical. La solución con base en un elemento vertical que permite establecer la posición del sol a partir de la sombra proyectada se usa en el templo de Abusir, en Egipto ( 2500 a.C.). Construcción resuelta a base de un gran obelisco de planta cuadrada colocado sobre un basamento piramidal, todo ello Uaxactún, observatorio solar, diagrama de las envuelto por un conjunto amurallado. Predominan dos ejes de composición: uno, posiciones crí ricas longitudinal predominante, con una orientación este-oeste y el otro, transversal, en el sen ti do norte-sur. 4 Distinta es la solución en Uaxactún, en Guatemala (c.600 d.C.), donde se 4 L. Benevolo, Diseño de la utiliza un elemento horizontal al que se le relaciona con el orto solar. Consiste en Ciudad 2, Barcelona,Gusravo un conjunto de edificios sobre una misma plataforma; en el lado occidental se Gili, 1981, pp. 39-40. encuentra una pirámide que mira hacia el este y frente a ella se erigen tres templos B. Flercher, op. cit., pp. 34-64 S. Kosrof, A History of sobre una terraza, con sus fachadas en fila de norte a sur y arregladas conArchitecture, Nueva York, venientemente para establecer las visuales que se obtienen desde ciertos puntos del Oxford Universiry Press, pp. eje central de la escalinata oriental de la pirámide, en el lado occidental de la plaza. 67-89.


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Observando el Sol en su camino hacia el norte, desde los puntos de este eje, se veía salir exactamente detrás del punto central del templo de en medio, el 21 de marzo, o sea en el equinoccio de primavera; detrás del ángulo frontal norte del templo del norte el 21 de junio, es decir el solsticio de verano; detrás del punto central del templo de en medio en su camino de regreso hacia el sur, el 21 de septiembre o sea en el equinoccio de otoño; y detrás del ángulo frontal sur del templo del sur el 21 de diciembre, o sea en el solsticio de invierno. Esta reunión de edificios era un instrumento práctico no sólo para determinar el día más largo y el día más corto del año y las dos posiciones intermedias en que el día y la noche son de igual duración, sino que hacía posible desarrollar un sistema de medición para el calendario maya basado en el concepto del tiempo cíclico. Permitía establecer el Tzolkin o año sagrado (260 días), el año civil (maya o haab de 365 días) que se componía de 19 meses, 18 de 20 días y uno de 5 días, lo que da un total de 365 posiciones. 5 Un tercer ejemplo es el relacionado con la proyección de la sombra de un gnomón o elemento horizontal sobre un plano vertical o inclinado; es el caso del edificio de Oficinas de Disney en Orlando, (Florida, EUA, 1999) del arquitecto Arara Isozaki. Es un edificio que va más allá de lo llamativo, convirtiéndose en una propuesta arquitectónica distinta, donde la relación con los ciclos solares se convierte en el hito central de la composición. El componente más destacado de todo el conjunto es el patio, centro conceprual de la construcción. El arquitecto se centra en el diseño de un gigantesco instrumento de medición de la trayectoria solar. Una inmensa aguja, colocada en voladizo sobre la apertura superior del cono lleva en el extremo opuesto una bola, cuya sombra se mueve lentamente entre curvas de azulejos en los muros del patio. Las líneas y los puntos indican el mes, el día y la hora. Este reloj de sol no es un ornamento, es el pretexto que inspira la totalidad del proyecto. El patio central es básicamente un lugar para observar, reflexionar y meditar acerca de la ruprura de los vínculos entre arquitecrura, naturaleza y tiempo.

Oficinas de Disney en Orlando, Florida, EVA.Vista de la aguja, colocada e sobre la apertura superior del cono

Modelos y sistemas para la evaluación y verificación Sin duda, el hombre en su proceso de aprendizaje y acumulación de conocimiento, a base de prueba y error adquirió tradiciones como la de orientar correctamente su hábitat. Sin embargo, los procesos de industrialización, masificación de la construcción y desarrollo tecnológico, sobre todo del siglo XX, provocaron el abandono de muchas de las costumbres arquitectónicas. Los nuevos materiales, la supuesta disponibilidad infinita de los recursos, la posibilidad de crear ámbitos artificiales, indinó la balanza hacia el desarrollo tecnológico en el acondicionamiento

5 S.G. Morley, op. cit., pp. 295-303. G. de Hoyos, op. cit., pp. 118120 P. Gendrop, Arte Prehispánico en Mesoamérica, México, Trillas, 1993, pp. 88-90.

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Casa solar del programa austriaco energietechnik transfer netzwerk etn.

6 V. Olgyay, Desing With Climate, Nueva Jersey, Princeton University Press,

1973, p.180.


de las edificaciones. Son las consecuencias de la Segunda Guerra Mundial y el encarecimiento de los recursos energéticos lo que crea cierta preocupación por el ahorro energético en la construcción. La creación de estándares térmicos en los espacios arquitectónicos, sobre todo en lugares que requieren calentamiento, se vuelve importante. Cada crisis energética nos hace pensar en la temperatura y el número de toneladas de carbón o galones de petróleo que se requieren para obtener niveles de confort térmico aceptables. La necesidad de medir, cuantificar, planificar correctamente, encontrar nuevas soluciones, nuevos materiales, construir más barato, más rápido incrementó notablemente la preocupación por la experimentación e investigación en el campo de la construcción. Una de las áreas donde hay un impacto importante es en el estudio del confort térmico dentro de las edificaciones y de él se deriva todo un pensamiento arquitectónico que comúnmente denominamos Arquitectura Bioclimdtica. De esta manera, renacen principios básicos como orientación, ventilación natural, sombreados, y asociados a ellos se encuentran los temas de nuestro interés: trayectoria solar, incidencia de rayos solares, ganancias térmicas, sistemas pasivos, iluminación natural. Gran auge tuvieron los experimentos a escala natural pues la arquitectura requería prototipos que garantizaran los resultados. Existía la necesidad de prefigurar para medir y comprobar los supuestos de la etapa proyectual. Surge un gran número de ejemplos, en general construcciones pequeñas, casas unifamiliares, donde se aplican conceptos, materiales y tecnología novedosa. El proyecto de Holzkirchen, en Alemania, 6 es quizá uno de los últimos experimentos a gran escala; es una construcción de un conjunto de edificaciones utilizando el mismo diseño con diferentes materiales y sistemas constructivos, para posteriormente capturar información respecto a su comportamiento ambiental, sobre todo térmico, dadas las características climatológicas de esa región. Sin embargo, la construcción de casas experimentales a escala real implican tiempos y recursos considerables, con resultados limitados, ya que son precisos exclusivamente para el sitio donde se realiza el experimento. Ahora hay cierro renacimiento de la experimentación a escala natural. Muchos arquitectos, en su proceso de búsqueda de una arquitectura sustentable y autosuficiente energéticamente, se apasionan con la construcción de modelos o prototipos. La casa ecológica, la casa solar, la casa sustentable, son resultado de los distintos programas de ahorro de energía o energías alternativas y desarrollo sustentable que se realizan en muchos países. Sin embargo, siguen siendo ejemplos aislados, más que una realidad cotidiana.


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Evaluar y verificar, antes de construir, es la principal causa del desarrollo de dos ámbitos importantes en el área de la investigación arquitectónica; por un lado están los laboratorios de experimentación y por el otro los modelos y sistemas de simulación. Ambos tienen la finalidad de convertirse en herramientas de diseño y en sistemas de control cualitativo y cuantitativo durante el proceso proyecrual de las edificaciones. Ajuste de la 23° 44' Estamos hablando de procesos simulados, análoLatitud gos a la realidad y que en función de sus características podemos clasificarlos en tres grandes rubros: modelos gráficos, modelos físicos, y modelos numéricos. Para efectos de este trabajo serán de nuestro interés los modelos físicos y los modelos numéricos que tratan de reproducir la trayectoria solar y sus efectos sobre las edificaciones.

Modelos físicos de simulación de la trayectoria solar La gran ventaja en la utilización de este tipo de modelos es la posibilidad de simular cualquier orientación y latitud en un ámbito controlado y con la posibilidad de ser repetido n veces. Observar en maquetas el comportamiento de las sombras y los asoleamientos de fachada es algo visual que puede ser interpretado rápidamente, y que permite comparar, corregir o transformar fácilmente. Los modelos de simulación de trayectoria solar requieren de la utilización de una o varias fuentes luminosas representando el sol. Además, la relación entre el modelo a escala del edificio y la fuente luminosa debe reproducir tres condiciones: latirud, declinación del sol y hora del día. Estas condiciones, cuando son ajustables, pueden reproducir las variables de cualquier lugar. Desde los años treinta del siglo xx, se ha construido un número significativo de este tipo de máquinas o instrumentos bajo diferentes nombres: máquina solar, máquina de trayectoria solar, helioscopio, heliodón, solescopio, termoheliodón, solármetro, etcétera. La mayoría de ellos en universidades y centros de investigación. La primera noticia que se ha logrado detectar respecto a la construcción de un simulador físico de trayectoria solar ( heliodón) corresponde al año de 19 31, y se refiere al que construyeron Dufton y Beckett del Centro de Investigaciones de la Construcción del Reino Unido. 7 El heliodón consiste en una plataforma

Solsticio de verano

Solsticio de verano

Diagrama con los principios de funcionamiento del heliodón de Dufton y Beckett

7 K. Cheung, Dufton and Beckett heliodon The University of Hong Kong, 1997.

Termoheliodón realizado en la Universidad de Princeton

57 Periodo

Espejo

'º' !

(

Hora del día }

Helioscopio, desarrollado por el Centro Experimental de la Construcción en Sydney, Australia El heliodón de la Universidad de California (Berkeley), movimiento de la plataforma


inclinable en función de la latitud deseada, y que está colocada en una base giratoria que indica el tiempo horario. Por último, la fuente luminosa se encuentra en un riel vertical y puede ser deslizada en función de la estación del año. Con el tiempo han surgido diferentes propuestas de heliodón, tanto en la forma de manejar la fuente luminosa, como en la solución mecánica o electrónica de sus movimientos. Tres son las soluciones más comunes: de fuente luminosa móvil y plataforma fija, de fuente luminosa fija y plataforma móvil y la mezcla de ambas. El Termoheliodón de la Universidad de Princetón es uno de los intentos más importantes por desarrollar un método experimental de simulación de las condiciones ambientales. Su capacidad de aislamiento y simulación de condiciones ambientales independientemente de las condiciones exteriores, incrementa las posibilidades de desarrollo de investigación en este campo. En su interior las maquetas o modelos físicos pueden ser evaluados en su comportamiento térmico. La intención de este aparato es evaluar en términos climatológicos los efectos de la temperatura e insolación en los edificios, e investigar la aplicación de los principios básicos de balance térmico al diseño de edificios y construcciones. Esta máquina tiene una fuente luminosa en forma de un reflector parabólico que rota alrededor de una maqueta (modelo) colocada horizontalmente y es también, igual que el sol, una fuente de calor. El Solatrón de la Universidad de Cornell está resuelto con base en una plataforma horizontal rotatoria, donde se coloca la maqueta, y la fuente luminosa se pone a lo largo de un arco fijo. El Solarescopio del Centro de Investigaciones de la Construcción de la Commonwea!th consiste en que el modelo también permanece fijo, horizontal, y la fuente luminosa se mueve a su alrededor. La gran diferencia está en que la fuente luminosa es reflejada a través de un espejo colocado en un brazo móvil, lo que minimiza la divergencia de los rayos de 1uz. El gran problema de estas máquinas de simulación de la trayectoria solar es la divergencia de los rayos


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luminosos de la lámpara utilizada como fuente luminosa. La distancia entre el modelo y el foco permite controlar este problema pero provoca dificultades con el tamaño de los modelos, que no pueden ser de grandes dimensiones. En años recientes observamos dos tendencias en la construcción de heliodones. La primera se relaciona con el diseño y producción de heliodones tipo, generalmente de pequeñas dimensiones, como instrumento de laboratorio escolar y con fines pedagógicos. Esta tipología está dentro de un ámbito comercial, y por eso sus características no responden a las necesidades de experimentación e investigación en el campo de la arquitectura. Como ejemplo podemos mencionar al heliodón que ofrece comercialmente el Instituto Politécnico de Troy, Nueva York. Este instrumento está diseñado para simular los rayos solares en latitud de O a 70 grados para cualquier día del año. La segunda tendencia está vinculada a los centros de investigación, universidades y fundaciones, donde la necesidad de estudio, análisis y experimentación exige niveles de alta precisión. En general son heliodones diseñados para un sitio específico (el laboratorio) y, por tanto, sus características físicas son únicas. También el diseño tiene cierto grado de originalidad, ya que se realiza a partir de las necesidades particulares de los autores-investigadores. Un gran número de escuelas de arquitectura en el mundo y los centros especializados en investigación energética han desarrollado su propio heliodón. De entre ellos el diseñado por el Prof. C. Benton, del Centro de Ciencias de la Construcción en Berkeley, Universidad de California, es un buen ejemplo. Fue diseñado para la PG&E (Pacific Energy Center) de San Francisco. Este heliodón se compone de una fuente luminosa fija, un reflector ubicado en el plafón a una distancia de 9.6 metros, y una plataforma móvil en la que se coloca el modelo. Los ajustes de latitud, fecha y horario se realizan con tres perillas colocadas en la parte de abajo del tablero que mueven tres articulaciones en forma independiente. Se incorporó un sistema de microfilmación computarizada para

Heliodón y cielo artificial de la Universidad de Cardiff, esquema, vista interior y exterior

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Heliodón electrónico del Laboratorio de Investigación en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana


lograr efectos de realidad virtual y así poder observar comportamientos reales en tiempos muy cortos. Esta aplicación está condicionada a la calidad y precisión de los modelos. Un ejemplo reciente (1998) y significativo es el heliodón de la Facultad de Arquitectura en la Universidad de Cardiff en País de Gales, Gran Bretaña. Un domo intenta simular la bóveda celeste y es utilizado como cielo artificial y heliodón. Es quizá la instalación más grande de este tipo. El objetivo es recrear los efectos de luz del día y de los rayos del sol con precisión, bajo distintas condiciones; con cielos claros y nublados, en cualquier momento del día, para cualquier estación del año y en cualquier parte del mundo. Consiste en un domo hemisférico de 8 metros de diámetro al cual se le colocaron 640 luminarias de bajo consumo; son lámparas compactas fluorescentes que están individualmente controladas. Este cielo artificial permite evaluar modelos a escala de grandes dimensiones 1 :20 - 1 :4. La radiación directa del sol es simulada por una lámpara de alta intensidad acoplada a una plataforma giratoria, en la que el modelo es colocado. La rotación de la plataforma muestra la incidencia solar y las sombras a lo largo de un día. La combinación del cielo y el sol artificial permite medidas fotométricas cuantitativas de los niveles de iluminación, uniformidad o brillantez de todo un día, en cuestión de minutos. Por último, mencionaremos también el heliodón del laboratorio de Investigaciónes en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana, que se construye para disponer de una herramienta que permita observar el comportamiento de la arquitectura ante condiciones reales de asoleamiento y conocer los problemas de sus elementos de fachada en la etapa proyectual. El instrumento está diseñado también con fines pedagógicos para mostrar la utilidad de la geometría solar en el diseño arquitectónico. El heliodón se clasifica dentro de los de tipo de fuente luminosa móvil y maqueta fija. Está constituido por tres brazos en forma de arco de círculo; cada uno de estos brazos controla o simula las tres variables significativas del movimiento solar. Uno de los arcos fija la latitud del lugar, otro simula la posición de los días y meses, y el último las horas del día. En el extremo del último brazo se localiza la fuente luminosa. Se trata de una lámpara de halógeno con un ángulo de haz luminoso de 10°. Esta lámpara está montada sobre una pantalla parabólica para simular rayos solares paralelos. La luminaria está montada de tal manera que permite la simulación del movimiento solar en todas sus variables, permitiendo reproducir su posición en cualquier día del año a cualquier hora y para cualquier latitud de la Tierra. Cada uno de los arcos está controlado por un motor de pasos que hace girar los brazos del heliodón hasta fijarlo en la posición deseada. El control se hace mediante una computadora que registra cada orden y envía las instrucciones de giro a cada uno de los motores. La computadora almacena la última posición solicitada,


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Heliodón del Laboratorio de Investigación en Arquitectura Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana

de tal forma que los movimientos posteriores serán relativos a esta última posición. El heliodón se construyó con una estructura tubular de aluminio; cada brazo tiene un contrapeso para nivelar y equilibrar las fuerzas. La unión entre los brazos se resolvió con conectores cilíndricos embalados por medio de una flecha. La mesa de pruebas para las maquetas es circular y giratoria para modificar fácilmente la orientación de los modelos. El sistema de giro tiene un mecanismo de amortiguamiento para lograr suavidad en el movimiento. Dispone de marcas de graduación cada 15° como referencia. La mesa tiene un diámetro de 1.2 m y está hecha de madera con recubrimiento de formica. Dos elementos estructurales de acero, andados al piso, sirven como soporte o base y están relacionados entre sí; el soporte del heliodón en el sentido este-oeste y la base de la mesa en el sentido norte-sur.

Modelos numencos de simulación de la trayectoria solar El desarrollo de las gráficas computacionales logrado en los años cincuenta dio inicio al diseño asistido por computadora, que durante las décadas de los setenta y ochenta evoluciona dando por resultado los primeros programas de dibujo y pintura, así como algunos graficadores especializados. En la pasada década es cuando se generaliza el uso de gráficos tridimensionales CAD-CAM (diseño y modelaje) y 3D (ilustración y

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8 A.R. Ortega, "Modelos Numéricos de Simulación para la Iluminación", en Anuario de Estudios de Arquitectura Bioclimdtica, vol.!, México, Universidad Autónoma MetropolitanaAzcapotzalco, 1997, pp.2131. 9 Todos lo programas mencionados son marcas comerciales registradas, y la información respecto a su funcionamiento se obtuvo de los manuales correspondientes.

Sombra del 05.07. con latitud 40°, a las 9:07 A.M.


animación), lo que aunado al acelerado desarrollo de los equipos personales de cómputo y la disminución de sus costos, ha puesto al alcance del público una amplia gama de posibilidades en el manejo de gráficos. 8 La incorporación de los sistemas electrónicos como herramienta de apoyo para la actividad proyectual, resulta de gran utilidad. Ya todos nos hemos acostumbrado al dibujo por computadora y a una serie de programas complementarios de apoyo para la representación tridemensional o para el análisis y evaluación de parámetros lumínicos, térmicos u otros. Encontramos abundancia de simuladores numéricos y gráficos, que resultan atractivos para los profesionistas, y además permiten pronosticar un eficiente instrumento. También servirán para analizar, comparar y evaluar la arquitectura en general, así como todos los aspectos relacionados con ella. En el ámbito comercial aparece una amplia gama de programas computacionales relacionados con la simulación de la trayectoria solar y la iluminación natural: Sol, Sun Dial, MacHeliodón, Light Scape, 3d Max, Mac Architrion, Desingn Workshop, MiniCad, Autocad, PC Solar, Archicad y probablemente muchos más, diseñados para resolver e informar sobre incidencia solar, proyección de sombras y algunos aspectos de iluminación natural. 9 Todos ellos se basan en el mismo princ1p10: a partir de las tres variables, latitud, declinación del sol y hora del día pueden calcular y simular la trayectoria

Sombra del 05.12. con latitud 40°, a las 9:07 A.M.

Sol Medio día solar

Círculo que representa la 1--------declinación y su aparente trayecto

Sol y círculo que representa la declinaci6n y su aparente

-----

de 24 hrs. El 05 de

de 24 hrs. El 05 de julio

ºN

Esfera celeste

Bóveda celeste del programa Sundial

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Time: 12:00 pm (noon)

O standard time O daylight savings 1.917 E.

®solar time

Messages:

m sun:

ltt.574

solar, mostrar las sombras proyectadas de elementos verticales y horizontales; como es lógico, a partir de esa información también el ángulo de incidencia solar. Algunos programas, Lightscape o Radiance, realizan cálculos y simulaciones de iluminación natural en exteriores e interiores. En un inicio se utilizaron cálculos matemáticos, relativamente sencillos, cuyo objetivo principal es realizar las operaciones pertinentes para obtener los ángulos solares de cualquier día y cualquier lugar. En la actualidad encontramos, fácilmente y sin cosro, este tipo de programas ya sea como complemento, curiosidad, obsequio o en internet; sin embargo, consideramos prudente mencionar uno, diseñado y realizado en México a finales de los años ochenta en el Laboratorio de Diseño Biodimático de la Universidad Autónoma Metropolitana. Este programa denominado Sol realiza el cálculo matemático de los ángulos solares, para lo cual maneja dos pantallas básicas: una llamada Ecuación del Tiempo, que se utiliza para capturar los datos del atraso o adelanto del sol respecto de la trayectoria aparente. Y la otra Ángulos Solares donde se introducen los datos de las variables de fecha y sitio seleccionados. Es a partir de ellos que se realiza el cálculo correspondiente para el día seleccionado. En una segunda etapa se generalizan los programas que muestran en forma gráfica los tres conceptos básicos: proyección de sombras, ángulo de incidencia y posición del sol. Algunos, como es el caso de Sundial (en realidad un reloj solar),

Pantalla principal del programaMacHeliodón. Proyección de la sombra de una marquesina de 1.5 m a una altura de 2.49 m, en la Ciudad de México, el 15 de octubre, a las 12 horas con orientación sur, este y nor-oeste

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Observación de la rrayecroria solar Set Sun PO$ition

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True Solar Time:

izq. Imagen tridimensional con sombras proyectadas y propias del programa Desing Workshop

der.Cuadro interactivo de la utilería Set Sun Position del programaMiniCad

12:00 PM

son poco prácticos para efectos proyectuales, pero útiles si se usan con fines didácticos ya que muestran con claridad la relación que existe entre latitud, horario y declinación. Otros como MacHeliodón ya están concebidos para apoyar el diseño de edificaciones. Este programa, como la mayoría de este tipo, maneja tres pantallas básicas; la primera sirve para dimensionar dispositivos de control solar y establecer la relación entre altura del plano vertical y longitud del plano horizontal (volado) en función de los ángulos de incidencia. La segunda se utiliza para determinar las posibles obstrucciones de los rayos solares, y consiste en el dimensionamiento de la longitud de sombras a partir de un elemento vertical (gnomón). Y, por último, una tercera que representa la trayectoria solar, con coordenadas celestes acimut y altura solar. En los tres casos el input proporciona latitud, fecha (declinación) y tiempo horario; con este último dato encontramos algunas variaciones, ya que existen los llamados horarios civiles y los horarios solares, que no siempre son concordantes; por ello debemos prestar atención pues en cada programa encontraremos un manejo distinto de esta variable. En el caso del MacHeliodón se presentan tres horarios distintos: estándar, de ahorro (variación por verano o invierno) y solar. En conclusión, podemos mencionar que estos programas recuperan para el usuario, de manera muy sencilla, la tradicional y complica da geometría solar. La evolución de los programas de dibujo hacia la expresión gráfica tridimensional ha transformado también los programas de análisis de la trayectoria solar. Por lo general, ya no son programas autónomos sino que están incorporados a programas de dibujo, como ocurre en los casos de MiniCad , Design Workshop, ArchiCAD o Autocad. Todos ellos manejan una utilería de trayectoria solar; Set Sun Position, Sun and Shading Settings, en la cual se capturan los datos de entrada; latitud, fecha y hora. A partir de ello los datos son procesados en el dibujo tridimensional de tal manera que obtenemos una imagen realista con sombras propias y proyectadas, visibles todo alrededor del modelo. Esto se debe a que las sombras están calculadas


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como objetos tridimensionales del mismo modelo, por tanto las operaciones iniciales son válidas para cualquier ángulo de vista y mientras no se cambie la geometría del modelo o los datos solares de entrada. La posibilidad de giro en todos los sentidos permite una apreciación clara delas condiciones de asoleamiento del edificio proyectado. Con las vistas frontales se logran las fachadas y el manejo de sombras propias. Los especialistas en el diseño de sistemas de simulación tridimensional mencionan como problema la simulación de la fuente luminosa, se refieren a su inexactitud, sobre todo para efectos de los cálculos lumínicos, 10 pero en el caso de simulación de sombras no tiene mayor repercusión, dado que la intensidad luminosa no es una variable de entrada. Quizá la limitante, de estos programas, es el manejo de la fuente de luz como elemento fijo y lo que se mueve es el modelo. Un mundo incipiente de la simulación numérica es la realidad virtual, el manejo de imágenes animadas que contienen las mismas variables pero enriquecidas con el movimiento del sol virtual. Ya no necesitaremos el heliodón ni la maqueta a escala del edificio; a partir de la información gráfica y numérica se construye la realidad virtual que nos permite establecer condiciones de verificación visual y gráfica. Actualmente los intentos por generar una imagen virtual animada, con movimiento del Sol, se han realizado en el Centro de Ciencias de la Construcción en Berkeley de la UC y en el Pacific Energy Center de California. Se trata de una mezcla de heliodón físico y heliodón virtual, hecho a base de la grabación de imágenes de video, estáticas, de una maqueta colocada en el heliodón y después convertidas en imágenes de computadora armadas subsecuentemente en el tiempo, creando de esta manera la ilusión óptica de movimiento del Sol. Uno de los primeros centros en América Latina que ofrece y promueve esta nueva tecnología es el Laboratorio de Estudios Bioambientales de la Facultad de Arquitectura en Buenos Aires, Argentina. Su simulador, el CIHE, contempla tres aspectos fundamentales: a) La proyección de sombras a partir de la volumetría del edificio, b) Los comportamientos de las fachadas respecto al movimiento del sol y los asoleamientos y e) La penetración solar en interiores. Permite manejar cualquier latitud, fecha y horario. Su funcionamiento es también a base de secuencias animadas. Para concluir, mencionaremos que la tendencia en los procesos de evaluación de las edificaciones, en su etapa proyectual, es el uso de sistemas de simulación en realidad virtual. Sin embargo, la verificación física, en laboratorio, a base de modelos parece ser necesaria por motivos pedagógicos y fuertemente vinculada con la construcción de los modelos virtuales.

10 A.R.Ortega, op. cit.,

pp. 24-25.


Anteceden tes El uso de dispositivos de control solar como solución al problema arquitectónico, que surge del exceso de radiación en los edificios, es un recurso del diseño bioclimático que impacta en forma relevante las condiciones de confort en el interior de las edificaciones; también están muy vinculados a los consumos energéticos para con el acondicionamiento térmico. Por estas dos razones parece pertinente abordar su estudio de manera sistemática. Esta parte del libro se ha estructurado desde de una visión históricogeográfica de la arquitectura, mostrando la universalidad y la racionalidad de las soluciones ante determinadas condiciones ambientales y climatológicas. Lo que permite llegar a la conclusión de que soluciones arquitectónicas similares, tanto en lo funcional como en lo que se refiere al uso de los materiales, pueden ser independientes en el espacio y el tiempo. Sentarse a la sombra de un árbol en un día caluroso y asoleado, lo asociamos rápidamente a una sensación de placer. Es de esta manera que debemos concebir el control solar como una herramienta donde lo que se busca es el incremento de la sensación de confort en los espacios arquitectónicos, con una optimización en el uso de los recursos energéticos. Desde sus orígenes, la arquitectura ha buscado dar abrigo y protección a sus moradores. El hombre primitivo utilizó los elementos naturales a su alcance para protegerse de los agentes climáticos adversos y de sus enemigos potenciales. Empezó habitando cuevas, y poco a poco desarrolló la capacidad de modificar su entorno y aprendió técnicas constructivas que le permitieron establecerse y emplazarse en sitios con condiciones climáticas desfavorables. Las cuevas eran seleccionadas de tal manera que fueran frescas en el verano y cálidas durante el invierno; orientadas para que permitieran el asoleamiento invernal, la protección solar y la buena ventilación en los meses calurosos. Este principio básico de la protección climática surgió por la simple observación de la declinación solar y ha sido aplicado por todas las culturas en todos los tiempos. Es así como los dispositivos de control solar se convirtieron en elementos arquitectónicos importantes. La traza urbana (hipodámica) de las ciudades griegas, contemplaba una distribución de los predios, que permitía las ganancias de la radiación solar en


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invierno y el control del exceso en verano, utilizando para ello dispositivos fijos y móviles. Los primeros se presentan en forma de pórticos o galerías que corrían a lo largo de los diferentes espacios tanto en casas habitación como edificios públicos y religiosos. Los segundos aparecen en forma de cubiertas provisionales de tela (lonas) tensadas por cuerdas (tirantes) que, probablemente, en el Mediterráneo tienen su origen en tradiciones orientales de la antigua Mesopotamia, así como en los refugios provisionales de las zonas desérticas del norte de África. Tanto el pórtico como los sistemas de lonarias fueron usados y perfeccionados en la arquitectura romana. Llaman la atención los sistemas de protección solar utilizados en las calles principales (Vía Triunphalis) a base de lonas con argollas, sostenidas por cables y con la posibilidad de recorrerse en sentido horizontal, o también el sistema de sombreado del Coliseo en la ciudad de Roma, que consistía en un conjunto de soportes verticales y cables tensados, que permitían colocar largos lienzos de tela (Velas) en la parte superior de la tribuna, los cuales se enrollaban y desenrollaban según era lo conveniente, en función de las horas de mayor insolación. 1 Por otra parte, es característico de la arquitectura tradicional japonesa y china el empleo de grandes aleros, así como largas circulaciones porticadas, ambos elementos responden a condiciones climatológicas y permiten el control de la incidencia solar sobre las fachadas y los espacios interiores. Pabellones y Kioscos abiertos para la ventilación pero cubiertos para su sombreado, aislados y en ocasiones integrados a otros edificios como parte de ellos, son ejemplo de una arquitectura que busca condiciones de confort en sus interiores. Dos elementos arquitectónicos adicionales aparecen en esta tipología de edificios: los muros móviles y las celosías. Los primeros predominan como paneles ligeros a base de marcos de madera y papel (de arroz) reforzado con tiras de bambú o madera. En cambio, las celosías de la India y el Medio Oriente son un elemento fijo, sobre todo de control visual, pero también, en función de su trama, de control solar. 2 También encontramos ambientes porticados en las culturas de Mesoamérica, sin embargo, no parece que éstos sean elementos arquitectónicos utilizados con fines de control solar. Conocemos los casos de los ambientes porticados o columnatas en Chichén Itzá o Tula, ejemplos que parecen ser manejo de composición formal dentro de los esquemas de jerarquización de los espacios y edificios del conjunto. El caso de los patios de Teotihuacán o el Cuadrángulo de las Monjas de Uxmal donde existen espacios semiporricados parecieran ser ejemplos que se acercan más al concepto de control solar. Aleros, toldos, celosías, paneles etcétera, elementos fijos y móviles fueron desarrollados y usados, a lo largo de la historia, como sistemas de control de la incidencia de los rayos solares en la arquitectura de las diversas regiones del mundo, de acuerdo con sus condiciones climatológicas particulares.

1 Benevolo L., op. cit., p.169. Sophia y Stefan Behling, Sol Power, Preste] Munich, 1996,

P. 97. 2 D. Hoag, Arquitectura Isldmica, Aguilar/Asuri, 1980, pp. 5566.

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3 Sir Joseph Paxton (18021865), Inspector Real de Jardines en la Gran Bretaña, es autor entre otros del Invernadero de Chatsworth, Derbyshire, en 1836 y posteriormente del Krystal Palace, en 1850.


El desarrollo del vano traslúcido en los climas templados, donde se requería manejar la incidencia en función de la estación del año y la hora del día (las dos alternativas: ganancias térmicas por radiación y sombreado para enfriamiento), fue el motor del surgimiento de los sistemas de control en forma de agregados a la ventana: toldos, cortinillas, persianas, mallas, etcétera. Como ejemplo de ello podemos mencionar el Hardwick Hall (1597) con vanos de importantes dimensiones resueltos con emplomados de vidrio, apoyados en una estructura de finos perfiles hechos de piedra y en su parte interior se manejan cortinas como elemento de control térmico. Otra solución distinta es, por ejemplo, la fachada del edificio de la Procuratie Vecchie ( 1514) en Venecia, donde los ventanales tienen en la parte exterior toldos verticales que se enrollan y desenrollan con un sistema de poleas y cuerdas. Un elemento de control visual, lumínico y solar que se generaliza en la zona del mediterráneo, es el uso de la doble ventanao o contraventana; donde la interior es la ventana acristalada y la exterior es la ventana ciega o tipo persiana a base de tablillas horizontales. Son múltiples los ejemplos que valen la pena ser mencionados: Palazzo Chigi-Odescalchi ( 1664) en Roma, El Escorial ( 157 4) en Madrid y el Palacio del Marqués de Dos Aguas (17 40) en Valencia. En México, el edificio de la Antigua Aduana de Santo Domingo (1730) tiene esta solución. Como se puede apreciar existe un proceso de evolución y adecuación de los vanos acristalados y de los diferentes mecanismos o sistemas móviles de control solar relacionados con ellos, que serán exportados y reexportados a las diferentes regiones del mundo, por una Europa en expansión durante los siglos XVI-XVIII. A finales de este periodo surgen los primeros intentos de ambientes controlados artificialmente con el uso del vidrio, como es el caso de los invernaderos del palacio de Sans Souci (1745) en Postdam, Alemania. Sin embargo, es a partir de la producción industrial del vidrio, el uso de estructuras metálicas ligeras y la disponibilidad de una energía relativamente barata que podemos observar una tendencia en la arquitectura hacia la construcción de ambientes artificiales o controlados a base de sistemas activos de control térmico. Empezando por las obras de Paxton, 3 en Inglaterra, que culminarían con el afamado Crystal Palace (1850) en Londres. Sin duda, en ese entonces, en plena Revolución Industrial, la posibilidad de aislarse del medio y de crear ambientes controlados, según fuera el deseo, resultaba un triunfo del ser humano para dominar la naturaleza. Surgen edificios de vidrio y estructuras metálicas con diferentes funciones; calles cubiertas como la Galería Vittorio Emanuele (186 5) en Milán o los grandes almacenes y tiendas departamentales como las Galerías Lafayette en París, que buscan convertirse en espacios más confortables y atractivos: los espacios deben ser consumibles. También se deben mencionar las primeras fachadas acristaladas, entre las que están el


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Halladie Building (1893) en San Francisco, o el edificio de oficinas Le Parisien (1903) en París. La principal característica de todos ellos es la ausencia de elementos arquitectónicos de control solar. Esta postura predominó y se acrecentó durante gran parte del siglo xx; el petróleo barato, los procesos de industrialización de la arquitectura y el cambio de la planeación urbana en relación con el entorno por una planificación netamente económica de corto plazo, provocaron el abandono de las tradiciones arquitectónicas en el mejor sentido de la palabra. De cualquier modo debemos ser conscientes de que la arquitectura del siglo XX ha sido un fenómeno dinámico y su evolución constante. Las transformaciones en el tiempo nos permiten hablar de cambios de estilo o tendencias en la arquitectura; las causas de éstas se pueden atribuir a varios factores: la creatividad, el cambio de las condiciones socioeconómicas, el desarrollo tecnológico, el uso de nuevos materiales, etcétera. Todos tienen un impacto importante en las características arquitectónicas, pero se manifiestan de diferentes maneras, así observamos que en los últimos cien años hubo un vertiginoso crecimiento del uso del vidrio y el concreto, como materiales de construcción. Este aspecto resulta relevante cuando establecemos la relación entre las propiedades físicas de estos materiales y el comportamiento térmico de las construcciones, o sea, el consumo energético de las edificaciones. Las experiencias del modernismo fuera del ámbito europeo, en particular en climas cálidos como la India, Marruecos o Brasil, mostraron la necesidad de tomar en cuenta las condiciones locales. Sirva como ejemplo la experiencia de Le Corbusier en el diseño del edificio de Míllowners Association (1954) en Ahmadabad, que fue construido con una fachada totalmente acristalada, lo cual ocasionó grandes problemas térmicos en los interiores. Esta situación obligó a corregir el diseño original utilizando una serie de dispositivos de control solar, formados por la combinación de aleros, repisones y partesoles de tal manera que la fachada principal está cubierta por un conjunto de voladizos y saledizos sobrepuestos a ella. 4 Durante esta época, en nuestro país, vemos algunos ejemplos significativos de acondicionamiento a través del uso de dispositivos de control solar como es el caso del antiguo edificio de aulas de la Facultad de Ciencias, el gusano, y otros edificios de la Ciudad Universitaria (1954) en la Ciudad de México. Se aprecian también tendencias similares, en el mismo periodo, en otros países, como son los casos de Venezuela y Brasil (Brasilia). Sin embargo, a partir de mediados de siglo XX el llamado estilo internacional se desarrolla rápidamente. De alguna manera se vuelve un hito de referencia, tanto para los arquitectos como para los inversionistas de todo el mundo; aumenta el consumo de materiales procesados para la construcción, crece la industria y la economía, y se expanden las empresas transnacionales.

4 B. Flercher, op.cit., p. 1490.

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Los edificios tendrán las mismas características en Asia, América, Europa o Africa; la energía barata y disponible permite aislarse del entorno y crear ambientes cerrados. Dos serán las tipologías dominantes; 5 la del mundo suburbano que se constituye de conjuntos habitacionales de gran escala y la de los centros urbanos donde tienen sede los principales intereses socioeconómicos. Las empresas diseñan sus edificios representativos o de imagen corporativa en su lugar de origen y los construyen alrededor del mundo sin importar clima, paisaje, amparados en la falta de una normatividad apropiada. El status de los grupos sociales dominantes exige el referente de la arquitectura internacional. Todo ello sin menospreciar los numerosos esfuerzos de arquitectos locales en la búsqueda de alternativas propias y adecuadas para el lugar. El paisaje urbano acristalado, sobre todo de los centros urbanos, donde se concentran numerosos edificios de gran altura y consumo energético, es característico de la segunda mitad del siglo XX. Vidrios azulados, cobrizados, polarizados, vidrio espejo, serán símbolo de la economía dominante; los arquitectos diseñan al igual en París, Kuala Lumpur, Hong Kong, México o Pretoria, convirtiéndose en la auténtica arquitectura de la burocracia. 6

Los dispositivos de control solar

5 L. Guerrero, Tipología y Enseñanza del Diseño Arquitectdnico, en Estudios de Tipología Arquitectónica, México, UAM, 1997, pp. 77-80.

6 M. Rodríguez, El Vidrio y su Impacto en la Arquitectura, en Tecnologia y Dioseño en las Edificaciones JI, México, UAM, 1999, pp. 89-104.

Es común pensar que los dispositivos de control solar son elementos que se agregan a las ventanas con el fin de resolver el mencionado problema. Sin embargo, esto es parcialmente cierto, pero conceptualmente erróneo, ya que el control solar debe ser inherente al diseño integral de la edificación. Debemos recordar que los rayos solares contienen dos componentes: la térmica y la lumínica, de tal forma que el diseño de los dispositivos debe considerar ambos factores. Es decir, que cuando diseñemos fachadas y aberturas debemos tener presente el equilibrio entre los factores lumínico y térmico. El presente trabajo aborda únicamente aquellos aspectos relacionados con los dispositivos de control de asoleamiento y no aquellos de control lumínico. Esto no se debe a que unos sean más importantes que otros, sino simplemente a una delimitación temática. El primer concepto de control solar es la propia forma, así como la configuración espacial y la orientación del proyecto. Dependiendo de la ubicación geográfica, condiciones climáticas y ambientales se definirán diferentes estrategias de diseño. Por ejemplo, en un clima frío es lógico elegir una configuración compacta con el fin de ofrecer menor área expuesta a las inclemencias del ambiente. Del mismo modo sucede en un clima cálido-extremoso, en donde el concepto es compacto y cerrado hacia el interior, procurando crear un microclima a través de un patio interior. Por el contrario, en un clima cálido húmedo la estrategia de diseño consistirá en abrirse y extender el esquema de diseño para permitir un máximo intercambio ambiental mediante la ventilación.


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El concepto de control solar será muy diferente si se trata de una edificación compacta y cerrada, con atrio o patio central, o extendida y dispersa; de uno o varios niveles con alturas simples o dobles. Además de la importancia obvia de la orientación general del proyecto, también hay que considerar la ubicación de cada uno de los espacios dependiendo de su uso. Es importante además la definición de los tipos de sistemas para la climatización que se utilizarán, ya sea pasivos, directos o indirectos, así como los materiales, su ubicación y proporción entre vanos y macizos. Se dice que la principal estrategia de enfriamiento en climas cálidos es en definitiva el control solar,7 ya que de esta forma no tendrá que enfriarse aquello que no se ha calentado. Después de la definición de conceptos generales de diseño se pueden definir conceptos particulares, sin embargo, todos están integrados al concepto global. Así los dispositivos de control solar no surgen como algo agregado, sino como parte del proyecto. También hay que considerar que cuando se habla de dispositivos de control solar vienen a la mente aquellos elementos que obstruyen el paso del asoleamiento, pero estos dispositivos más que obstruir deben controlar la penetración solar; es decir, deben detenerla en los periodos calurosos pero permitirla en los periodos fríos. Del mismo modo, dentro de estos elementos se encuentran los dispositivos de iluminación natural, que de hecho también controlan el paso de los rayos solares. Aquí debemos recordar los dos componentes de los rayos solares: la térmica y la lumínica, de tal manera que el diseño de los dispositivos considere ambos aspectos. Es decir, que cuando diseñamos un vano o ventana, podemos hacerla pequeña para evitar la penetración solar, pero estaremos restringiendo el paso de la luz. O hacerla demasiado grande para tener mucho iluminación, pero también tendremos muchas ganancias o perdidas de calor. Del mismo modo, un dispositivo de control de asoleamiento puede obstruir el paso de la luz, o de manera inversa, un dispositivo de iluminación natural puede favorecer ganancias térmicas. Por tanto, en el diseño de las ventanas y de dispositivos de control solar se debe lograr el equilibrio entre los aspectos lumínicos y térmicos. En términos generales los dispositivos de control solar (de asoleamiento) pueden agruparse en función de su posición respecto a los planos definidores del espacio arquitectónico y, en particular, de la fachada, por tanto encontraremos sistemas de control: horizontales, verticales y mixtos. A continuación se enuncian las principales soluciones arquitectónicas, como también aquellas relacionadas con los nuevos materiales y las soluciones con dispositivos no arquitectónicos. Horizontales

Alero, volado o voladizo. El volado o voladizo se refiere a cualquier elemento que sobresale del paramento vertical o de la fachada, mientras que el alero normalmente se forma por la extensión de la techumbre (alero continuo) que rebasa los muros.

7 V. Olgyay op.cit., p. 88.

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Alero, volado o voladizo

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Los aleros se construyen con fines de protección, tanto de la fachada como de los andadores y banquetas, ya sea para proteger del sol o de la lluvia. El alero también puede ser un elemento independiente a manera de cornisa (alero de mesilla) o en la parte superior de las ventanas. Este elemento casi siempre es macizo u opaco, sin embargo, en la actualidad se utiliza tipo pérgola, rejilla, elemento perforado o traslucido.

Pórtico

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Repisar.:=====:;¡/=:}~

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Pórtico. Se llama pórtico al espacio o galería cubierta, sostenida por arcadas o columnas, ubicado a lo largo de una fachada. El pórtico forma un espacio de transición entre los espacios abiertos y cerrados, y puede ser un espacio de circulación o utilitario.

Repisa. Se refiere a los elementos volados a manera de ménsula. Como dispositivo de control solar son elementos horizontales ubicados dentro del claro de la ventana. En general estas repisas se utilizan como dispositivo de iluminación natural, ya que reflejan los rayos solares hacia el plafón.

Persiana

Persiana (horizontal). Dispositivo formado por tablillas o elementos horizontales que permite el paso de la luz y el aire pero no del sol. Las persianas pueden ser exteriores o interiores y fijas o giratorias en su eje horizontal.

Faldón

Faldón. En realidad se llama faldón a la vertiente triangular de ciertos tejados, limitada por dos limas y el alero. En la actualidad definimos como faldón a cualquier elemento vertical que pende del extremo de un alero o volado. Puede ser macizo, tipo persiana o celosía.


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Pantalla

Pantalla. Elemento o superficie que sirve para obstruir los rayos solares. Es un elemento vertical colocado frente a la ventana, pero a diferencia del faldón no está unida al alero, aunque puede estar suspendida de él. También puede ser maciza, tipo persiana o celosía.

Pérgola

Pérgola. Viguería o enrejado abierto a manera de techumbre, generalmente asociada con vegetación de enredaderas o trepadoras. En la actualidad este concepto se emplea ampliamente con pergolados tipo persiana o rejilla.

Toldo

Toldo. Cubierta fija o plegable fabricada con lona u otro tipo de tela. Tiene la ventaja de poder ser translúcida, por lo que se pueden controlar los niveles de iluminación.

Techo escudo

Techo escudo. Doble techumbre con el espacio interior o cámara de aire ventilada. Tiene por objeto sombrear la totalidad de la techumbre y así evitar la ganancia térmica por radiación solar.

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Control solar en la arquitectura '~

Partesol

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Muro doble

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Persiana (vertical)

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Verticales Partesol. Elemento vertical saledizo de la fachada que bloquea los rayos solares. Puede estar colocado perpendicular u oblicuo con respecto a la fachada, y también puede ser parte de ella o un elemento separado.

Persiana (vertical). Dispositivo formado por tablillas verticales que permite el paso de la luz y del aire pero no del sol. Las persianas pueden ser exteriores o interiores y fijas o giratorias en su eje vertical.

Muro doble. Doble muro con el espacio interior o cámara de aire ventilada. Tiene por objeto sombrear la totalidad del muro y así evitar la ganancia térmica por radiación solar.

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Marco

Celosía

Combinación Marco. Dispositivo de control solar formado por la combinación de alero, repisón y partesoles, de tal manera que el perímetro del vano está rodeado por voladizos y saledizos.

Celosía. Combinación de persianas horizontales y verticales, o cualquier otro entramado usado como protección solar (y visual). Remetimiento de ventanas. Remetimiento que se hace del acristalamiento para que quede protegido del sol (como dispositivo de iluminación suele tener paramentos abocinados. Cambio de Orientación de ventanas. En ocasiones, cuando la orientación de la fachada es inadecuada es conveniente cambiar la orientación de las ventanas. Contraventanas. Contraventanas ciegas, tipo persiana o celosía. Pueden ser de hoja completa o seccionada; y también pueden ser exteriores o interiores.

Remetimiento de ventanas

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11


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Cambio de orientación de ventanas

Con traven tan as

Nuevos acristalamientos

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8 MicroSun Shielding Louvre, SIEMENS AG. Traunreut, Alemania. 9 Wiinnedammende lsolierverglasung CLIMA TOPVEGLA Vereinigte Glaswerke GmbH, Aachen, Alemania. 10 Superwarmglass !plus 3XINTERPANE, Lauenfarde, Alemania. 11 Helioran. Schott-Rohrglas GmbH, Bayreuth, Alemania. 12 Kapipane y Kapilux, Okalux Kapillarglas GmbH, Alemania. 13 So/Fas, Ernst Schweizer AG. Hedingen, Alemania.

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Nuevos acristalamientos En la actualidad se cuenta con nuevos tipos de acristalamiento para el control solar y de alta eficiencia térmica que pueden ser utilizados como capa aislante, por ejemplo:

Acristalamientos de micropersianas MicroSun; 8 están formados por un doble acristalamiento y una retícula de persianas diminutas que impiden el asoleamiento directo en el rango deseado. Acristalamientos térmicos como Climatop 9 y Iplus-3X, 10 los cuales pueden llegar a coeficientes de transmisión de hasta 0.4 W/m 20 C. Acristalamientos con estructura tubular o capilar intermedia o con cápsulas de materiales aislantes, tales como Helioran, 11 Kapilux, 12 Kapipane, o Solfas; 13 todos ellos con alta eficiencia térmica, y de control de asoleamiento e iluminación.

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Cortinas y persianas interiores

Vegetación

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Otros elementos no arquitectónicos Cortinas y persianas interiores. Las cortinas y persianas interiores tienen como función el control visual, lumínico y del asoleamiento, sin embargo, no desarrollan un buen control térmico, puesto que la radiación solar atraviesa el acristalamiento sin obstrucción, impactando térmicamente el espacio. Varias combinaciones

Vegetación. La vegetación es un excelente dispositivo de control térmico, ya que es un elemento vivo, dinámico que puede permitir diversos grados de control en distintas épocas del año. Es necesario elegir cuidadosamente las especies caducifolias o perennifolias que se van a utilizar, en función de los requerimientos térmicos de los espacios interiores.

Varias combinaciones Casi siempre los dispositivos de control solar se diseñan de manera combinada, así, cada uno ofrecerá distintos rangos de protección y el dispositivo integral será más eficiente.


Pese a que la mayor parte de los conjuntos de viviendas rurales que conforman nuestro país, así como muchos otros del resto del mundo, han sido edificados desde épocas inmemoriales, utilizando la tierra sin cocer como material básico de construcción, esta tecnología ha caído en desuso al ceder paso a materiales industrializados que en la actualidad se comercializan hasta en los lugares más remotos. Este fenómeno tiene uno de sus orígenes más evidentes -por lo menos en nuestro territorio- en la necesidad de los usuarios de tratar de hacer evidente su condición y éxito social, manifestándolos mediante la compra de materiales constructivos contemporáneos, pese a que en la mayor parte de los casos representan una disminución en su calidad de vida. Muchas personas consideran que vivir en casas construidas con barro es sinónimo de retraso cultural y de insalubridad, debido al desprestigio que ha sufrido este material al ser considerado subdesarrollado y de mala calidad. Sin embargo, como se ha demostrado y divulgado desde hace unos 30 años, la mayoría de los problemas y debilidades de los sistemas constructivos de tierra cruda no se derivan de la composición física de la materia prima o de la tecnología que manejan, sino que surgen, por un lado, de la pérdida de la destreza constructiva que se había mantenido viva desde tiempos muy remotos, a través de la tradición, y por otra parte, del olvido de la cultura del mantenimiento y conservación. Si la arquitectura de tierra se diseña y construye de manera adecuada y se le proporciona el mantenimiento periódico que requiere, resulta tan estable y duradera como la construida con el resto de los materiales y sistemas constructivos. Aunque existieron arquitectos que han promovido la recuperación de la arquitectura tradicional de adobe desde los años cincuenta, el reciente interés por este campo se inicia hace tres décadas, como resultado de la búsqueda de opciones ecológicas que pudieran enfrentar, de alguna manera, el problema energético que entró en crisis en 1973. En ese momento se inicia una revaloración y transferencia del conocimiento de los artesanos a los arquitectos, conjugada con los hallazgos de los especialistas que investigan, por un lado, el pasado de la cultura y, por otro, la tecnología constructiva moderna.


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Esta búsqueda no se basa sólo en una inclinación de tipo romántico que pretende rehuir el presente por considerar que "todo tiempo pasado fue mejor", sino que parte de la, cada vez más, apremiante necesidad de recuperación del medio ambiente. Esta arquitectura que ha sido desplazada por la "alta tecnología" tan en boga en nuestros días, ofrece posibilidades mejor adaptadas ecológicamente a la satisfacción de las necesidades actuales y futuras de la sociedad. Hay que tener en cuenta que no se está hablando de un concepto nuevo cuya incorporación en la cultura implique una transformación en la forma de vida de las comunidades pues, como menciona Doat 1 (1996:11): "hoy la mitad de la población del mundo habita en construcciones de tierra". Aunque la mayor parte de estas personas corresponden a estratos de población de escasos ingresos en regiones deprimidas económicamente, hay que llamar la atención hacia el impulso que han recibido estas tecnologías en países como Alemania, Francia o Estados Unidos, donde se ha visto cómo personas de niveles económicos medios y altos, conscientes de la problemática energética mundial, han encontrado en la arquitectura de tierra una manera de reaccionar ante la creciente invasión de materiales sintéticos. Por ejemplo, una encuesta de los años ochenta relacionada con la vivienda de adobe de la región de Tucson, Arizona, muestra la visión emocional que vincula a la gente con el material. El documento 2 comentaba que "la casa está hecha con muros vivientes; la gente está contra lo artificial, el plástico, el mundo manufacturado, ven su casa natural, salida de la tierra. El adobe es uno con la naturaleza. Los muros gruesos dan sensación de seguridad. La casa de adobe crea un ambiente armónico con la región del Suroeste. La casa se ajusta al contexto del desierto: le pertenece". En otro texto de los años ochenta se aclara que "la construcción en tierra no implica de ninguna manera un aprovechamiento restringido a clases sociales particulares: tradicionalmente todo el mundo hace uso del mismo material de base. Construidas así, la mayoría de las edificaciones fueron y siguen siendo viviendas urbanas o rurales. De esta forma se ha desarrollado una destreza, a la vez erudita y popular, que se traduce en una asombrosa variedad de funciones y formas a través de las cuales se experimentan las especificaciones culturales de los constructores. Tanto en las regiones frías como en las más cálidas, de Escandinavia al Ecuador y hasta el Sur de África, ellos han adaptado la construcción en tierra a las fuerzas climáticas más diversas. Bien utilizado este material ofrece dondequiera un confort térmico muy apreciado que asegura una regulación natural y óptima entre las temperaturas exteriores e interiores" (Centro Georges PompidouINAH, 1985: 4). Pero, pese a su amplitud de uso y de los valores culturales que representa, la arquitectura de tierra ha sido muy poco estudiada de manera sistemática, y en las escuelas de arquitectura prácticamente no se enseña.

1 No existen datos precisos al respecto. En textos como Las arquitecturas de tierra se sugiere otra cifra al indicar que "un tercio de la población mundial vive en casas hechas de tierra" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 8). 2 Se trata de comentarios publicados en la Introducción a la edición francesa de Doat (1996:12).

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Viviendas suburbanas de Cuzco, Perú

3 Véase Guerrero, 1994: 123; 1996:150; 1997: 167y2000:170.


En nuestro país este tipo de arquitectura se ha ido valorando, cada vez, con mayor seriedad; se reconocen las ventajas que presenta, sobre todo desde el punto de vista de su relación con la naturaleza. Los valores ecológicos de esta técnica constructiva son mucho muy amplios. En el presente texto se tratará de exponer una serie de características que lo demuestran. Como se ha expuesto en otros trabajos 3 la arquitectura de tierra es la que mayor apego a la naturaleza presenta, si se le compara con cualquier otro sistema constructivo tradicional o industrializado. Este atributo se deriva de la abundancia de la materia prima con que se construye y de la sencillez de sus métodos de extracción y transformación. Los sistemas constructivos son esencialmente manuales y escasamente tecnificados, permitiendo el desarrollo de diseños con una alta flexibilidad formal, en la que los propios usuarios pueden construir y reparar sus estructuras. Se trata de una tradición constructiva ancestral cuyas cualidades térmicas le proporcionan una alta eficiencia en todo clima, además de la unidad de imagen de conjunto e integración visual al paisaje que poseen, por estar realizados con los mismos componentes del entorno. Y finalmente, cuando el ciclo de vida de estas obras termina, pueden ser recicladas como materia prima o ser reintegradas al medio natural sin ejercer ningún impacto nocivo sobre él. Es necesario aclarar en este punto que las cualidades ecológicas de un determinado material o sistema constructivo están en relación directa con el sitio en el que se vaya a ubicar la obra arquitectónica. El material que más abunde en la localidad, y cuya transformación en sistema constructivo implique la menor agresión al medio natural, va a ser el material más apro desde el punto de vista ecológico. Por ejemplo, existen regiones en las que es mucho más fácil la extracción, transporte y corte de piedra, debido a su abundancia. En estos lugares la tierra a veces resulta más difícil de encontrar y trabajar. El iglú es la edificación ecológicamente más apta para regiones árticas, en las que la abundancia del hielo y su facilidad de manejo permiten utilizarlo como materia prima básica. Lo mismo sucede en zonas tropicales en las que el uso de la madera, el carrizo o el bambú no tiene un impacto que empobrezca el medio natural, por lo que, los materiales resultarán ecológicamente más apropiados que el adobe o el tapial. Lo mismo puede decirse de las ciudades en las que ya es casi imposible conseguir materiales naturales, de modo que la construcción con combinaciones apropiadas entre nuevos productos con otros hechos a partir de desperdicios reciclados podrá constituir la arquitectura más "natural".


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Con esto se quiere subrayar que de ninguna manera se considera que la arquitectura de tierra sea el remedio para todos los problemas de habitabilidad del planeta, como se llegó a pensar hace unos 20 años. Solamente se plantea la posibilidad de la recuperación y el diseño de edificios de barro en todos aquellos sitios en los que por motivos tradicionales, económicos y ecológicos, resulte un medio adecuado para proporcionar una mejor calidad de vida a la población. Finalmente hay que decir que la idea de preservación del ambiente está también relacionada con el campo de la conservación y restauración del patrimonio edificado, ya que aunque estas disciplinas tienen como objetivo central la salvaguardia y transmisión de los valores históricos y estéticos al futuro, de manera indirecta implican la disminución del ritmo de la edificación moderna. La conservación de los inmuebles históricos, además de permitir que se mantenga viva una tradición milenaria, de servir como testimonio del desarrollo tecnológico y fuente de aprendizaje para las generaciones venideras, posibilita el máximo aprovechamiento de los recursos existentes. La reutilización racional de los edificios del pasado, independientemente de su antigüedad, evita la generación de nuevas obras, con el consecuente ahorro de energía e insumos materiales. De este modo, es posible vincular los campos del diseño y de la conservación de la arquitectura de tierra con un objetivo que al final conduzca al mejoramiento de la calidad de vida de la población, mediante criterios de sustentabilidad y bajo impacto sobre el medio ambiente.

La materia prima La tierra del suelo que es la materia prima fundamental para los diversos sistemas constructivos, tratados en este texto, es muy abundante en nuestro planeta. En casi cualquier latitud es posible encontrar a poca distancia de la superficie material adecuado para construcción. Hugo Houben y Patrice Doat afirman 4 que "las arcillas y tateritas propicias para la construcción constituyen el 74% de la corteza terrestre". La cercanía de las construcciones a la mayor parte de las fuentes de obtención de este recurso, elimina de manera radical los gastos de transporte y la contaminación que éste suele generar. La composición de la tierra que resulta más apta para la edificación está íntimamente relacionada con el tipo de sistema constructivo que se vaya a emplear. Aunque es posible usar casi cualquier tipo de barro, como lo prueba la diversidad de obras presentes en todo el mundo, existen determinadas proporciones que son más eficientes para las condiciones específicas de cada obra y región geográfica (McHenry, 1984:68). El agua también es muy importante dentro de los procesos de fabricación de los elementos constructivos, así como durante la propia edificación. El agua cumple dos funciones básicas: en primer lugar permite el desplazamiento de los

4 Esta información se cita en el texto Las arquitecturas de tierra (Centro Georges PompidouINAH, 1985: 12).

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componentes sólidos de la mezcla. Transporta los componentes más diminutos entre las partículas de mayor tamaño ayudando a la obtención de una composición homogénea; en segundo lugar, el agua funciona como activante de las propiedades "adhesivas" de la arcilla y de otros materiales que se utilizan como aglutinantes, que al hidratarse generan atracciones electrostáticas a escala cristalina o molecular sobre el resto de los componentes.

Extracción

Corral construido con adobe cerca del poblado de Balleza en el estado de Chihuahua

Las técnicas requeridas para la extracc10n de la tierra suelen ser bastante simples. Debido a que al edificar, normalmente se realizan excavaciones para construir los cimientos y ubicar las instalaciones hidro-sanitarias, una parte importante de la materia extraída puede ser transformada en material constructivo. Los estudios modernos de geología y edafología han permitido verificar científicamente los motivos que tradicionalmente han condicionado la selección de determinadas composiciones y dosificaciones de la tierra utilizada para construir ( CONESCAL, 1982: 16). El suelo que conforma la corteza terrestre está constituido por una serie de capas superpuestas, resultado de la transformación de la roca del subsuelo, por el ataque de diversos agentes físico-químicos, así como de la acumulación de partículas que el viento y el agua han ido arrastrando de un lugar a otro durante milenios. La tierra proveniente del estrato exterior del suelo y que se conoce como "capa orgánica", no es conveniente para fines constructivos debido a que puede presentar fuertes variaciones como resultado de cambios climáticos. Además, es muy propicia para la formación de flora y fauna parásita en su interior. La región del suelo más alejada de la superficie es un estrato de transición con alta densidad. La materia que lo compone tampoco es adecuada para construir, debido a su homogeneidad granulométrica y dificultad de compactación. Sin embargo, es posible emplearla en cierta proporción como material agregado, tal como se hace para la preparación del concreto. Entre las dos franjas mencionadas se localiza una capa que casi no contiene materiales orgánicos, y que está constituida por arcilla, limo, arena y grava. Debido a sus características físico-químicas y a su composición granulométrica, es la que mejores cualidades manifiesta para ser empleada en la construcción. Para los fines de la arquitecrura de tierra resulta tan importante la variedad dimensional de los componentes del suelo como sus características químicas. La tierra de este estrato está compuesta por


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partículas de distintos tamaños que al estar intercaladas entre sí, forman un conjunto muy estable. Los componentes de mayor tamaño constituyen la grava, luego le sigue la arena, después el limo y finalmente la arcilla, que por la estrucrura y organización de los cristales que la conforman se hidrata fácilmente y sirve como aglutinante del resto de los elementos. Las propiedades de los suelos van a variar en función de las proporciones relativas de presencia de estos cuatro componentes. Si la tierra es arenosa, aunque presente gran estabilidad ante los cambios de humedad, la falta de arcilla la volverá deleznable. En cambio, una tierra arcillosa presenta alta cohesión, pero la ausencia o presencia del agua le provocan cambios volumétricos capaces de generar fuertes agrietamientos en su constitución (Guerrero, 1994:19-23).

Transformación en material constructivo Algunos documentos publicados por el gobierno del Reino Unido han puesto de manifiesto el hecho de que los edificios generan, al menos, la mitad de las emisiones de carbón de aquel país, y que la industria de la construcción es uno de los más grandes consumidores de recursos naturales minerales y petroquímicos (Woo!ey, 2000:352). Pese a que diversos grupos ecologistas del mundo han tratado de evidenciar este grave problema, se presenta la paradoja de que la arquitectura de tierra rara vez se incluye dentro de la clasificación de la "edificación verde". Estos grupos se han centrado, en gran medida, en la promoción de "materiales alternativos", pero en lugar de fijar su atención en las técnicas tradicionales, buscan el desarrollo de nuevas tecnologías. Por otra parte, muchos arquitectos que se interesan por la moda del diseño de los edificios "ecológicos" y, que incluso, aparecen en publicaciones ubicados como creadores de diseños bioclimáticos o ecotécnicos, ven el "diseño verde" como algo esencialmente estilístico y producen edificios que poseen toneladas de aluminio, acero, plástico y vidrio. Se suele ignorar que esos criterios de caracterización del "diseño medioambientalista" se preocupan sólo por la conservación de una parte de la ecología, como puede ser la utilización de la climatización solar. Diseñar arquitectura ecológica no consiste sólo en construir edificios más eficientes energéticamente, al reducir el uso de sistemas de climatización, o peor aun, construcciones sólo con "apariencia bioclimática". Resulta fundamental hacer conciencia acerca del impacto que representa para el ambiente la transformación de la materia natural en material constructivo. 5 Datos de 1985 indican que "en el Tercer Mundo, la toma de conciencia política con respecto a las potencialidades de la arquitectura de la tierra comienza a cristalizarse. Ante todo, gracias a las dudas crecientes relativas a las implicaciones económicas de las importaciones abusivas de materiales de construcción que, según la ONU representaban, en 1965, el 2,6% del total de los Productos Nacionales

5 Wooley (2000:353) no sólo cuestiona el uso de materiales comerciales de construcción, sino que critica incluso la utilización de materiales esencialmente contaminantes,

como pueden ser las pinturas que poseen componentes orgánicos volátiles. Considera que un ''material verde" es

aquel que no sólo evita la contaminación al fabricarse y utilizarse, sino que además es reciclable, de fácil mantenimiento y por tanto,

sustentable a largo plazo.

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Ruinas de la ciudad prehispánica de Paquimé, Chihuahua


Brutos de los países africanos y el 3.6% en 1972 (5 a 8% del valor total de las importaciones en África), lo que representa más de 2 mil millones de dólares. Igualmente por las estimaciones del enorme costo energético que en todas direcciones desencadena esta alternativa y por la dependencia política y financiera que contribuye a reforzar entre los países. Pero también por sus implicaciones sociales: las tecnologías occidentales no sólo se revelan como muy costosas en la compra y la utilización, sino que también son concebidas para reducir al mínimo la mano de obra, que es reemplazada por el trabajo del capital. Ahora bien, en los países desprovistos, la mano de obra existe en superabundancia, mientras que los capitales locales son débiles" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 9). Para transformar la tierra en material constructivo no se emplean grandes cantidades de energía ni se usa la combustión de recursos no renovables como los subproductos del petróleo o el carbón, como sucede con el cemento, la cal o los materiales cerámicos, por lo que se evita también la contaminación atmosférica. Se trata de un proceso tan natural que se ha venido generando sin la intervención de la mano del hombre en amplias regiones de la corteza terrestre. De los continuos ciclos de humidificación y secado del suelo, han dependido desde el crecimiento de los vegetales, hasta la formación de montañas y cañadas.

Sistemas constructivos

6 Bardou (1979: 29) denomina a esta técnica "bolas o panes de tierra''.

Los sistemas constructivos en tierra son tan sencillos que no requieren del uso de maquinaria sofisticada, y la mano de obra que se utiliza para la edificación se reduce al mínimo. En cada región del planeta históricamente se han desarrollado con base en "ensayos y errores", innumerables técnicas y recursos formales, para sacarle el mayor provecho posible a la tierra como material constructivo y para resolver de la manera más natural, las necesidades de cada civilización. Pero, no obstante la diversidad de técnicas desarrolladas, es posible realizar una abstracción de sus rasgos y ubicarlas dentro de las cuatro categorías que se exponen a continuación: la tierra modelada, el tapial, el adobe y las técnicas mixtas (Viñuales, 1981: 7). La tecnología constructiva más elemental y por tanto posible antecesora del resto de los sistemas constructivos de tierra, es la que se conoce como "moldeado directo", y consiste en la elaboración de estructuras como si se tratara de cerámica modelada. Se aprovecha la plasticidad del barro húmedo y se le da forma sin la ayuda de ningún tipo de molde, gavera o cimbra. El barro se toma con las manos, presionándolo y modelándolo hasta obtener una bola6 de unos 15 o 20 centímetros de diámetro. Con

Introducción a la Arquitecrnra Bioclimática

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esta masa se conforman los muros, al arrojarse con fuerza y por capas, a lo largo de toda la estructura. Cada capa puede recibir a la siguiente hasta después de que ha pasado el tiempo necesario como para permitir su secado y así evitar que el peso de las secciones superiores provoque el derrame de las inferiores. Los muros se van levantando poco a poco dándoles forma con las manos, de manera que se obtenga un espesor lo más uniformemente dimensionado y compactado. Es posible allanarlos mientras se encuentra el material parcialmente fresco, utilizando alguna herramienta cortante como una pala o machete. No obstante la aparente simplicidad de este sistema constructivo, manteniendo espesores de muro de 50 centímetros como mínimo, es posible realizar edificaciones de dos o más niveles de altura. Un número importante de edificios en África y en la península Arábiga ha sido construido con esta técnica, y su eficacia se evidencia en la duración que han alcanzado. Existen hipótesis recientes de que la ciudad de Paquimé, en el norte de Chihuahua, fue edificada con esta técnica. La idea de que se trataba de estructuras construidas mediante el sistema de tapial, se ha cuestionado después de analizar el patrón de deterioro de los muros y la ausencia de juntas entre los bloques que los conforman. La técnica constructiva que se conoce como "tapial", "tapia pisada" o "tierra apisonada", " ... es un procedimiento por medio del cual se construyen casas con tierra, sin sostenerlas con piezas de madera y sin mezcla de paja o relleno. Este método consiste en apisonar, capa por capa, en medio de dos tablones con el espesor normal de los muros de piedra, tierra preparada con este propósito. Apisonada de esta manera, la tierra se liga, toma consistencia y forma una masa homogénea, que puede ser elevada hasta la altura necesaria para una casa". 7 Normalmente se ejecutan tramos de muro, de aproximadamente 2 a 3 metros de largo, por uno de alto y 60 centímetros de ancho. Las capas que se van apisonando de manera paulatina dentro de la cimbra requieren poca cantidad de agua para poderse compactar, por lo que la tierra debe ser de preferencia arcillosa para conseguir mayor adherencia y cohesión. Con la finalidad de que el proceso sea continuo y se logren muros homogéneos, una vez concluido cada bloque, la cimbra se desplaza de manera horizontal para constituir hiladas completas, hasta completar la altura total del nivel requerido. La experiencia demuestra que la estabilidad de los muros se alcanza mediante una relación de esbeltez ubicada entre 1:10 y 1:14. Es decir, que si se construyen muros de 50 centímetros de espesor podrán resistir un máximo de 7 metros de altura. Sin embargo, en caso de que se requiera una altura menor, el espesor del muro no podrá ser menor a los 40 centímetros,

7 Tomado del texto de 1790 de Ftan~ois Cointeteaux, Les cahiers de l'Ecole de Architecture Rurale, (Doat, 1996: 19).

Fabricación de una sección de muro de tapial

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8 Hays (1984: 138) tomó estos datos durante una experiencia realizada en el Perú. 9 Estos datos fueron reportados por Doat (1996:60-61).


debido a que los operarios que apisonan el material, tienen que meterse al cajón que sirve de cimbra y requieren de movilidad para su labor. El procedimiento se puede sintetizar en los siguientes pasos. Primero se coloca la cimbra sobre la superficie del suelo o del tramo de tapial ya edificado, verificando la verticalidad de las caras con una plomada. Se limpian las caras interiores con una cuchara. Después se vierte la tierra ligeramente húmeda, repartiéndola dentro de la cimbra para formar una capa de altura uniforme a todo lo largo y ancho del molde. El operario compacta metódicamente la capa de tierra dando entre 11 O y 140 golpes por cada capa. Se necesitan entre 7 y 1 O capas de tierra para llenar una cimbra de 70 cm de altura. Las cimbras que se utilizan en Perú, por ejemplo, miden por lo general de 160 a 180 cm de largo, 40 cm de ancho y 70 cm de altura. Esto les da bastante ligereza y maniobrabilidad. Una vez que se ha llenado la última capa, se retiran las varillas transversales que dan rigidez y paralelismo a la cimbra y se abre para desmoldar el bloque terminado, colocándolo inmediatamente a continuación, para iniciar el siguiente bloque. Para lograr una pieza bien compactada se necesitan entre 20 y 30 minutos. Un operario con dos ayudantes pueden llegar a hacer hasta 12 tapias por día. 8 La forma de los pisones que sirven para compactar la tierra varía según la tradición de cada localidad. En Suecia, por ejemplo, se utilizan tres tipos de pisones, en función de la zona de la superficie que se vaya a presionar: el centro, los bordes o las esquinas. La diferencia consiste en la forma de la punta que a veces se presenta como cuña y otras con un área plana. En otros países como Brasil y Australia se utiliza un solo tipo de pisón. El peso de esta herramienta es muy importante para asegurar una compactación entre 80 y 250 g/cm", y sobre todo para evitar, en la medida de lo posible, la fatiga de la persona que ejecuta el trabajo. La superficie de la base no debe ser menor a los 64 cm" ni mayor a los 225 cm", y el peso de la base debe estar entre los 5 y los 9 kg. 9 Este sistema suele conservarse durante muchos años debido a que no presenta pudrimientos ni parásitos, porque no incluye vegetales o residuos animales en la mezcla de tierra. La tecnología de tapial ha sido beneficiada con la incorporación de dos herramientas fundamentales: las cimbras ligadas con estructuras metálicas, derivadas de la tecnología del concreto armado, y los pisones neumáticos. Con estos componentes se hace más rápida la operación de cimbrado y descimbrado, y se logra una compactación más uniforme y con menor esfuerzo. La tercera técnica constructiva que se conoce es el "adobe", y ha sido la de uso más frecuente en nuestro país y en el resto del mundo. Seguramente el origen de los ladrillos de adobe lo podemos encontrar en amasijos de barro burdamente modelados y secados con ayuda del aire y el sol. Históricamente han existido adobes de muy diversas formas, dependiendo básicamente del molde que


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se utilizaba para su elaboración. Los hay cónicos, cóncavos, dentiformes y piramidales, pero los que mayor difusión alcanzaron fueron los paralelopípedos. Sus dimensiones también han ido evolucionando hasta lograr un tamaño que facilitara su transporte, almacenaje y manejo, pero manteniendo la resistencia de las estructuras edificadas. Los más comunes miden aproximadamente 40 x 30 x 10 centímetros. La construcción con adobe se realiza de modo similar al de los sillares de piedra o los ladrillos de barro cocido, pero utilizando una mezcla hecha con un barro de composición similar a la de los adobes. Tradicionalmente la tierra para fabricar los adobes se mezclaba con algún material que le proporciona cohesión interna, como pueden ser fibras vegetales: paja, cáñamo, hojas secas, virutas de madera o cortezas. Es común el empleo de las excretas de ganado bovino o equino. También, es posible agregarle materiales consolidantes como pequeñas cantidades de cal o cemento, o sustancias hidrófugas como el asfalto y el mucílago que contienen algunos vegetales. La mezcla se deja reposar uno o dos días para que se descompongan los materiales no fibrosos y se procede a fabricar las piezas vaciándolas dentro de unas "gaveras" o moldes de madera sin fondo. El barro húmedo se comprime en la gavera con la mano y su superficie se enrasa para poder desmoldar los adobes sobre un piso seco, que previamente ha sido regado con arena fina. Posteriormente, se dejan secar a la intemperie de tres a cinco días, después de los cuales se voltean de canto para permitir un secado homogéneo. Es recomendable evitar que reciban los rayos directos del sol en los dos primeros días del secado para que no se agrieten las piezas durante el periodo de mayor contracción. El secado y endurecimiento final dura de tres a cuatro semanas, cuando ya pueden ser apilados para su almacenaje o utilizados directamente en la obra. Esta tecnología ha permitido la ejecución de columnas, muros, arcos, bóvedas y cúpulas, hilada por hilada, formándose estructuras que pueden llegar a funcionar monolíticamente cuando se han realizado de manera correcta. Mediante el empleo de máquinas compactadoras, de diseño bastante simple, se ha hecho más eficiente la producción de ladrillos de tierra a pequeña o gran escala, proporcionándoles una solidez adicional como resultado de la densificación de la materia prima. Además, también ha sido posible eliminar la necesidad de colocar residuos vegetales como armazón de los bloques, con una mejora decisiva en el campo sanitario, al eliminar posibles refugios de fauna menor. El último sistema que se expone es el que se conoce bajo los nombres de "bahareque", "bajareque", "quincha", "enjarre" o "embarrado", y se caracteriza por la edificación de un esqueleto armado utilizando carrizos, cañas o varas flexibles que forman una retícula trenzada y amarrada a postes de madera clavados en el suelo, a cuyas superficies se agrega lodo similar al que se utiliza para fabricar adobes, en capas de 3 a 6 centímetros de espesor por ambas caras.

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Esta técnica ha pervivido casi srn cambios en muchos sitios tropicales de nuestro territorio. Normalmente las construcciones se inician mediante el armado completo tanto de la estructura portante de madera, como del entramado de los muros. Después se colocan las techumbres, de modo que exista una protección ante la intemperie durante la aplicación de las capas de barro, para evitar deformaciones o agrietamientos al irse secando el recubrimiento.

Recursos formales "El intenso placer que acomete a las civilizaciones tradicionales al manipular el ornamento -como si fuera el signo de un élan vital- se traduce en el genio creativo, artístico y decorativo de las arquitecturas de la tierra: tallado en los muros o aplicado en relieve él es, por turnos, abstracto, gestual, geométrico, simbólico o figurativo. El modelado de la tierra permite una auténtica diversidad de lenguajes plásticos en los cuales se experimentan las pulsiones creativas más profundas" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985:5). El resultado formal que se logra con el uso de estructuras de tierra cruda genera una gran riqueza y flexibilidad, debido a la maleabilidad del material. Es posible elaborar todo tipo de muros, muretes, columnas, arcos, bóvedas y cúpulas, con la única condición de que durante su diseño y ejecución se vigilen cuidadosamente sus uniones estructurales. La clave para lograr estructuras que se comporten de una manera estructuralmente adecuada deriva de la homogeneidad de los componentes constructivos. Un recurso que ha tenido importantes beneficios para el medio natural consiste en la utilización de cubiertas y entrepisos estructurados de manera "autoportante". Se trata del diseño de sistemas de arcos, bóvedas y cúpulas que eliminan la necesidad de usar materiales constructivos que trabajen a tensocompresión, como la madera, el acero o el concreto armado, cuya producción, como se mencionó anteriormente, tiene muy graves impactos sobre el ambiente y los recursos naturales. Debido a la baja resistencia de la tierra y a la conformación de sistemas constructivos preparados para recibir y transmitir cargas verticales, resulta muy vulnerable ante la presencia de fuerzas horizontales y movimientos ondulatorios. Sin embargo, cuando estos sistemas están diseñados adecuadamente, han mostrado comportamientos aceptables incluso frente a terremotos, resistiendo -bajo ciertas condiciones dimensionales- mejor que otros materiales más rígidos. Los sistemas que trabajan a compresión permiten que los esfuerzos producidos por la transmisión de las cargas estáticas, desde los componentes más altos hacia el terreno, lo hagan apoyándose unos sobre otros, sacando el máximo provecho posible de la capacidad de resistencia de las distintas piezas. Las estructuras que transmiten los esfuerzos de manera más continua entre sí, son aquellas en las que no existen aristas que los puedan desviar, es decir,


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donde los cambios de dirección de los empujes, tanto laterales como de arriba hacia abajo, sean siempre graduales. Una estructura en la que no sólo los esfuerzos están uniformemente distribuidos, sino que además, el sistema se comporta unitariamente. Esto sólo sucede cuando las formas direccionales de sus empujes son curvas, tanto en planta como en alzado. La forma más estable en este sentido sería una media esfera apoyada en el suelo sobre su ecuador, donde las cargas permanentes derivadas de su peso, y las eventuales como sismos, hundimientos diferenciales o corrientes de aue, se transmiten en forma ininterrumpida por toda la estructura. La creación de combinaciones de domos, con un10nes libres y orgamcas mediante paraboloides o hiperboloides, aunque ya no obedecen de manera tan estricta a un trabajo compresivo continuo, su cercanía con el modelo es tal, que su comportamiento estructural es prácticamente ideal. Las posibilidades de creatividad plástica con base en estas formas son casi infinitas y sin embargo, han sido muy poco trabajadas a lo largo de la historia de la arquitectura. El empleo de arcos, bóvedas, cúpulas apoyadas en muros de carga, así como secciones de cilindro y muros ortogonales con esquinas boleadas, presentan un comportamiento estructural muy similar al antes expuesto, y altamente eficiente para construcciones de tierra. Normalmente los edificios se enfrentan a una vasta gama de condiciones diferentes de carga. Si cada elemento ha de ser lo bastante fuerte como para resistir él solo la carga máxima a que puede estar sometido, sus dimensiones habrán de ser enormes. Pero cuando un edificio es "continuo", de modo que cada una de sus partes ayude a sostener la carga, la naturaleza imprevisible de los esfuerzos no provoca ninguna dificultad. Cada elemento puede ser comparativamente más pequeño porque la continuidad del edificio distribuirá las cargas, por grandes que sean, entre todos sus miembros y actuará como un todo ante ellas. La continuidad de un edificio depende de sus conexiones. Es muy difícil, casi imposible, crear conexiones continuas entre materiales diferentes, por ello es esencial que el edificio esté construido con un solo material que establezca la unidad entre un miembro y otro. Finalmente, en los sitios donde el subsuelo lo permite por su consistencia y baja humedad resulta conveniente edificar locales semienterrados. En estos casos, la altura final disminuye, con lo que las estructuras se vuelven más estables, ya que presentan una menor longitud de oposición ante empujes.

Maqueta de una bóveda de cañón corrido

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Además, las habitaciones semienterradas presentan una menor superficie de fachada expuesta al exterior, alcanzando un considerable aumento en la inercia térmica, al estar conformadas en cierta medida por el suelo mismo. Por estos motivos, los locales tendrán mayores rangos de confort en su interior, aspecto determinante en sitios con climas tales que en la noche las temperaturas llegan a bajar mucho y en el día el calor se vuelve insoportable. "Un edificio es como una planta, sometida a las mismas leyes a que las plantas se someten, tanto hacia lo alto como en lo profundo, y el estudio de la Naturaleza en consecuencia es el único estudio digno para un arquitecto ... Vemos aquí, en estas conchas marinas, viviendas de estas vidas primarias del mar, la casa natural que concreta exactamente lo que según parece nos falta a nosotros: vivir de una manera hermosa, naturalmente inspirada. Observen la innata capacidad de invención que se revela en esta colección de diminutas residencias por cientos de pequeñas criaturas naturales. Cada una ha edificado su propia casa con una variación, bella y decidida, que no se agota nunca ... se trata de un principio natural actuando en un diseño natural. "Estudiad, por eso, a estos organismos y veréis que, aunque sólo se observe un principio general en todos ellos y todas estas pequeñas cosas hacen lo mismo para llegar al mismo fin, no lo hacen de la misma manera. Todas estas casas armonizan eventualmente porque obedecen al mismo principio. Si queréis una lección de estructura orgánica donde lo que llamamos ornamento sea una apropiada secuencia y consecuencia de la forma y el método ... donde la estructura está dada por la escasez de materia prima y todo obedece a un propósito ... aquí la tenéis" (Lloyd Wright, 1966: 17y92).

Cualidades térmicas Es probable que la cualidad más reconocida y difundida de las construcciones de barro sea la que se deriva de las propiedades térmicas de sus componentes. Como es sabido, los espacios delimitados por estructuras de adobe o tapial permiten mantener amplios rangos de confort interior en los locales, aunque los edificios se encuentren en zonas con climas extremosos. De esta manera es innecesario el uso de sistemas de calefacción y aire acondicionado, con el consecuente ahorro de energía. Los muros de tierra presentan una conductividad térmica débil y una capacidad calorífica elevada que hace que retengan el paso del calor que, por las leyes de la termodinámica, tiende a desplazarse de las áreas de mayor a las de menor temperatura. Las cualidades se derivan principalmente de la masividad de los elementos estructurales. Entre más grueso sea un muro mayor inercia térmica poseerá, es decir, el tiempo que tarda en ganarse o perderse calor será mayor, de manera que se tienen rangos de confort térmico más amplios en el interior de las habitaciones.


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Así, en momentos en los que la temperatura exterior es muy elevada, como sucede durante los días de verano, el calor tarda varias horas en traspasar los muros y para cuando lo hace, el calor del exterior ha descendido, de modo que tiende a regresar lentamente hacia afuera de las construcciones, enfriándose el interior lentamente. Para lograr mayor eficiencia en estos procesos se han diseñado diversos recursos adicionales al uso de la tierra como materia prima básica de la construcción, dentro de los que se conoce como arquitectura solar pasiva. Algunos de estos recursos consisten en diseñar edificios en los que exista el menor número posible de barreras, para que el aire circule de manera homogénea por todos los rincones. Se busca también incorporar superficies formadas por capas aislantes que aumenten las propiedades térmicas de las estructuras. En viviendas en las que se utilizan calentadores basados en grandes vidrieras por las que el sol penetra durante el día y que se cierran mediante cortinas o persianas aislantes, para que durante la noche no se pierda el calor recibido, se recomienda incorporar estas capas aislantes incluso bajo toda la superficie del suelo. Se hace una excavación de medio metro más o menos, se incorpora la capa aislante y se rellena la excavación con tierra similar a la de los muros. En una descripción que Bardo u (J 979: 112) realiza acerca de la vivienda bioclimática conocida como David Wright's House, explica que "El calor recibido a lo largo de todo el día es acumulado en las diferentes masas interiores, bien aisladas en el lado exterior (muros, suelo de 60 cm) por una piel de poliestireno, aumentada con un terraplén contra la fachada norte; la masa total de la casa está compuesta por unas 140 toneladas de adobe (o sea 94 m"') y por 1.6 toneladas de agua (almacenada en ocho bidones de 200 litros), que representa una capacidad térmica de 130 000 kJ/°C (adobe) + 7000 kJ/°C (agua). Esa masa funciona como "una esponja de calor" que empieza a restituir con cierto desfase con respecto al momento en que baja la temperatura interior (unas dos horas); este desfase constituye el "volante térmico" propio de la naturaleza misma de la masa de acumulación". El autor reporta que después de una serie de monitoreos en los que se analizaba comparativamente la temperatura del exterior y del interior en invierno, cuando afuera de la casa se tuvieron entre 15 °C y 10 °C, en el interior había entre 10 °C y 25.5 °C. La concepción bioclimática de la arquitectura, parte del principio de que la construcción debe ser climáticamente coherente con el contexto geográfico en el que se ubique, ya que puede desempeñar las funciones de captación, almacenamiento, distribución, disipación y control del calor que entra o sale utilizando los recursos propios de la arquitectura.

Restos de un molino movido por agua en la población de Oquitoa, Sonora

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Vivienda tradicional en Texcalpan, Morelos

La arquirectura de tierra

Autoconstrucción y reparación Otra de las cualidades importantes de estas tecnologías, se deriva del hecho de que las construcciones pueden realizarlas y repararlas los propios usuarios. De esta manera existe una relación estrecha entre los problemas de diseño y sus soluciones edilicias, permitiendo la generación de respuestas a las necesidades más inmediatas y su adaptación al medio natural. Además, al utilizarse la mano de obra local se evitan consumos de energéticos y contaminación, provocados por la transportación de personal desde comunidades alejadas. Esta arquitectura se fundamenta en el uso de tecnologías "apropiables", en vez de técnicas tan sofisticadas y delicadas que se vuelvan asunto sólo de especialistas que normalmente están más preocupados por mantener su rol social que por mejorar la calidad de vida de la gente o contribuir en la solución de problemas ambientales. Las tendencias más recientes proponen una especie de "síntesis creativa y operacional" entre las denominadas técnicas tradicionales y modernas, tratando de acoplar aquellos recursos que satisfagan de manera más eficiente las necesidades de la vida contemporánea, con las rutas tradicionales, y que los usuarios puedan apropiárselas y dominarlas en lugar de padecerlas. Esta vía puede funcionar tanto en el llamado Tercer Mundo, donde la arquitectura de tierra ha sobrevivido de manera "natural", como en países desarrollados donde cada vez, con mayor ahínco, se pretende "desburocratizar y democratizar lo que debería ser una iniciativa cultural compartida". Es importante hacer notar que tradicionalmente la construcción ha sido un conocimiento compartido y conservado por la propia sociedad. En este sentido cabe mencionar que "en los Estados Unidos, 160 000 casas estaban siendo construidas por sus mismos habitantes hacia 1970, y en 1980, en el estado de Nuevo México la mitad de la producción de ladrillos de adobe estaba asegurada por los usuarios que luego han construido, sin intermediarios, sus viviendas en tierra. Esta realidad y sus considerables ventajas sociales han sido hasta ahora gravemente negadas tanto en los países occidentales como en muchos países en vías de industrialización. Este concepto fundamental de autonomía de los usuarios, de las colectividades locales o las sociedades es a la vez un medio y un fin. En diversos dominios precisos ya ha sido aplicado: lo hemos visto tanto en China como en los Estados Unidos. Esto supone que los mismos usuarios definen las técnicas que utilizan en relación con los recursos y las necesidades locales, la construcción en tierra permite involucrar a las personas o grupos coordinados, permite también una producción directa y mucha más independencia con respecto a centralismos burocráticos e industriales".


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En el mismo texto se ponen en evidencia las diversas formas de "bloqueo" hacia la tecnología de tierra, orquestadas por individuos que no consideran que la economía del material sea una virtud. "Algunos imperios industriales o multinacionales que producen materiales de construcción, o ciertas oficinas de estudios que fundamentan su uso masivo, buscan lanzar (o a veces conservar) el descrédito de la tierra para proteger sus mercados. Privilegiando después de medio siglo la utilización predominante del cemento, el acero, el aluminio y los derivados de los productos petroquímicos, la arquitectura contemporánea ortodoxa ha favorecido los monopolios industriales que, por explotar estos mercados, razonan en términos de instalaciones gigantescas de producción en las cuales el carácter devorador y profanador es notorio ... Así pues, estas opciones económicas tienden a desencadenar el más importante fenómeno de nuestro tiempo: el empobrecimiento de los pobres y el enriquecimiento de los ricos ... Bastantes arquitectos -y con mayor razón numerosos ingenieros- ríen aún cuando se les habla de construir en tierra cruda: no se les ha hablado de eso jamás durante sus estudios. Muchos de ellos son como la mayoría de los ingenieros- remunerados por el porcentaje del costo de los trabajos: ¿es acaso ésta la mejor manera de alentar la investigación de alternativas realmente económicas?" (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 7, 8 y 11). La diversidad existente en los sistemas constructivos y recursos formales de la arquitectura de tierra, la hace adecuada tanto para una mano de obra muy abundante y poco especializada, como para sistemas familiares y cualquier tipo de práctica más tecnificada. Este hecho abre la oportunidad para que la autoconstrucción o la generación de programas de "pleno empleo" puedan apoyar a mejorar la calidad de vida de las sociedades más desprotegidas, y asi colaborar en la democratización de sus actividades productivas, y en la medida de lo posible, reducir algunos síntomas de la desigualdad social.

Tradición constructiva viva Otro aspecto fundamental en la relación entre la arquitectura de tierra y la ecología, es su permanencia durante siglos como mecanismo de adaptación equilibrada entre el hombre y su ambiente circundante. Desde tiempo inmemorial los edificios de barro han acompañado al desarrollo de la civilización. Mucho se ha escrito acerca de la conservación del patrimonio histórico como una forma de salvaguardia de la identidad de las naciones. Con frecuencia se realizan inventarios y estudios históricos, se crean museos para su almacenaje y cuidado, y se llevan a cabo monumentales acciones de restauración. Sin embargo,

Grupo de viviendas en Otuzco, Perú

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Restos de uno de los palacios de la zona arqueológica de Chan Chan, Perú


ese patrimonio que está vivo entre nosotros y que conserva gran parte de la sabiduría de nuestros antepasados; esos objetos, formas de vida, costumbres y construcciones tradicionales se van dejando morir sin que nadie haga nada por evitarlo. "El arquitecto debe respetar la obra de sus predecesores y la sensibilidad pública, no utilizando sus obras como medio de publicidad personal. De hecho ningún arquitecto puede evitar el uso de las obras de los arquitectos que le precedieron; por más que se esfuerce en ser original, la mayor parte de su obra estará en una tradición u otra. ¿Por qué, entonces, despreciar la tradición de su propio país o distrito?, ¿por qué introducir tradiciones ajenas en una síntesis artificial?" (Fathy, 1975:42). La preservación de la diversidad de soluciones arquitectónicas que involucran a las distintas regiones donde ha evolucionado la arquitectura de tierra, constituye un mecanismo de defensa ante el "imperialismo cultural". Al haberse derrumbado el paradigma de la arquitectura internacional y de la búsqueda de soluciones únicas aplicables en cualquier latitud, la revitalización de las respuestas locales ha de ser el motor de la recuperación del patrimonio que representa la pluralidad cultural. Entender la manera en que los constructores del pasado lograron resolver los problemas de adaptación a la naturaleza en cada región, es el punto de partida para desarrollar nuevas soluciones tendientes a la generación de una arquitectura ecológica. Las obras presentes y futuras se han de construir sobre el conocimiento adquirido generación tras generación, para poder formar parte del proceso histórico del que la arquitectura racionalista y funcionalista se quiso desprender.

Integración al paisaje natural y cultural Debido a que la materia prima de estos sistemas constructivos es extraída del propio medio natural, la imagen que presentan las edificaciones está asociada de manera indisoluble con su emplazamiento. Además, la coherencia entre los sistemas constructivos que se utilizan para edificar con tierra, la diversidad formal y la variedad de componentes, establecen límites que permiten que los conjuntos adquieran una apariencia muy armónica. Forman un paisaje artificial enteramente homogéneo y coherente con el natural. Los claros de puertas y ventanas suelen tener dimensiones bastante parecidas, las relaciones entre vanos y macizos, las al turas en promedio de las edificaciones, los volados máximos, las alturas de entrepisos, entre otros componentes compositivos, presentan una limitación que obedece estrictamente


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a los límites de resistencia estructural de la materia prima, por lo que guardan una relación visual unitaria que se enriquece por los ligeros toques distintivos que cada habitante suele dar a su morada, como un mecanismo de identidad.

Reciclaje y reintegración de la tierra a la naturaleza Debido a que durante la transformación de la tierra en material constructivo no sufre prácticamente ningún tipo de reacción química y a que los mecanismos de deterioro que suelen presentarse tampoco implican transformaciones importantes en la composición de la materia prima, una vez que las estructuras se dañan o ya cumplieron la función para la que fueron concebidas es posible volver a utilizarlas. De acuerdo con el sistema que se haya empleado originalmente y el que se vaya a utilizar durante el reciclaje, se debe evaluar la necesidad de triturar y cernir la materia original para eliminar las impurezas y los agregados vegetales que hayan entrado en un proceso de descomposición. Posteriormente, la tierra cernida se puede reutilizar volviendo a pasar por las etapas de fabricación y estabilización requeridas. La cualidad de la tierra que mayor significado posee desde el punto de vista ecológico, debido al tiempo que dura su impacto, tiene que ver con su estado final. Todos los sistemas constructivos que emplean materiales procesados industrialmente tardan cientos y hasta miles de años para ser reabsorbidos por la naturaleza. Sin embargo, los edificios de tierra presentan la virtud de que al deteriorarse y finalmente destruirse, en poco tiempo son reintegrados a la naturaleza sin alterarla en ningún sentido. Paradójicamente, este hecho ha sido uno de los principales factores que a lo largo de la historia ha servido para desprestigiar a la tierra como material constructivo. Es necesario adquirir conciencia de que la mayor parte de las obras que ejecutamos sobre el ambiente lo alteran de una manera irreversible. Esto ha llevado a la depredación irracional de todo el medio natural que nos rodea. Sin embargo, la corriente de pensamiento basada en la idea del "desarrollo sustentable", de manera paulatina pero incesante, va tomando el lugar que le corresponde dentro de la cultura contemporánea. Evidentemente la arquitectura de tierra es totalmente coincidente con este planteamiento y consideramos que en pocos años podremos ver cómo recupera el sitio que históricamente ha tenido como mecanismo de relación equilibrada con la naturaleza.

Otra vista de las ruinas de Paquimé, Chihuahua

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1 O "Teniendo una visión panorámica de la ciencia", entrevista a lndira Gandhi, publicada en Nature, vol. 285, núm. 5761, Londres, 1980 (Centro Georges Pompidou-INAH, 1985: 10).


No obstante las innegables virtudes ecológicas de la arquitectura de tierra que han sido expuestas en este texto, existen grandes lagunas en su valoración. Este hecho trae como consecuencia que ni las instituciones ni sus propios habitantes la aprecien como algo digno de ser conservado. La arquitectura tradicional se vuelve relevante dentro de la cultura por ser continente de un sinnúmero de experiencias locales, pero enfrenta su extinción por diversas razones entre las que destacan: el creciente desprecio de los usuarios al considerarla poco moderna, la falta de interés en su estudio y la especulación inmobiliaria. "En algunos lugares, el uso exclusivo de materiales locales asegura la persistencia de antiguos métodos de construcción. Cuando se introducen materiales y métodos extraños, la tradición local declina, la costumbre es desplazada por la moda y el estilo vernáculo perece. Y cabe preguntarse si la desaparición de especies arquitectónicas nativas de un suelo no desequilibra el balance de las civilizaciones igual que la de ciertos animales y plantas desequilibra el balance ecológico" (Rudofiky, 1988: 14). Es importante hacer mención que una de las labores más importantes para avanzar en el diseño y conservación de la arquitectura de tierra tiene que ver con la superación de una serie de prejuicios, cuyo origen se remonta a épocas muy antiguas. Hay que tener en cuenta en este sentido, que el desprecio hacia este material no es reciente. En muchas culturas ha sido considerado como el "pariente pobre" de la arquitectura de piedra. Llama la atención a este respecto la existencia de una inscripción que se encuentra en la base de una pirámide construida con tierra cruda por el rey Asydis, cerca de El Cairo, y que se ha traducido de la siguiente manera: "No me despreciéis comparándome con la pirámide de piedra; yo estoy tan arriba como Júpiter está por encima de los otros dioses, pues yo he sido construida con el barro del fondo del lago". Es evidente que por miles de años se ha despreciado esta arquitectura por prejuicios poco fundamentados. Será una tarea ardua y de largo plazo tratar de revertir la imagen devaluada de la arquitectura de tierra y su consecuente rechazo para así procurar su reutilización. Es necesario insistir en que no se proponen estas técnicas de origen tradicional como soluciones "mágicas y universales" a todos los problemas de habitabilidad del futuro. La historia nos ha mostrado lo nociva que puede llegar ser la dependencia cultural de procesos basados en principios únicos. Ante el fracaso ecológico de tener como paradigmas del desarrollo de manera exclusiva al carbón, al petróleo, a la electricidad y a la energía nuclear, sería absurdo adoptar la postura de que sólo la tierra puede responder a las necesidades constructivas del futuro. Como expresó 10 la señora Indira Gandhi en 1981, siendo Primer Ministro de la India: "Todos los edificios modernos arrojan un enorme gasto de energía.


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Además, tienen el inconveniente de ser calientes en el verano y fríos en el invierno. Este no es el caso de las arquitecturas tradicionales. Las técnicas nuevas son necesarias, pero hay que conservar las técnicas antiguas que reúnen los conocimientos acumulados por los habitantes desde hace siglos para adaptarse lo mejor posible a las condiciones del clima, del medio y de modos de vida. No se puede conservar todo, pero hay que adaptar y mejorar los conocimientos acumulados".

La ventilación en la arquitectura

El concepto arquitectónico está relacionado con los parámetros ambientales y al uso que se hace de ellos. El viento es uno de los parámetros más importantes a considerar en la arquitectura, ya sea para captarlo, para evitarlo o controlarlo. El viento es un elemento de climatización pasiva que ha sido utilizado de manera muy importante en la arquitectura de todos los tiempos y en todo lugar. La ventilación es la principal estrategia a tomar en cuenta en los climas cálidos, tanto secos como húmedos. Pero también en los climas fríos lo es, ya que es necesario protegerse del viento y controlar las infiltraciones. Por otro lado, en los climas templados habrá épocas con necesidades de ventilación y otras de control. Para lograr una adecuada ventilación en la arquitectura es necesario comprender cómo se comporta el viento y de qué manera pueden aprovecharse los patrones que sigue en su recorrido a través de las edificaciones. A continuación se presentan los principios básicos de ventilación; primero se hace una descripción del comportamiento general (planetario) y local (regional) del viento. El objetivo principal es mostrar el comportamiento del viento en relación con la arquitectura y como éste puede ser utilizado como sistema pasivo de climatización natural.

Vientos generales

1 Cf. Víctor Fuentes y García, Roberto. Viento y Arquitectura. México, Trillas, 1995.

El viento es una corriente de aire en movimiento horizontal, que se genera debido a las diferencias de temperatura y presión atmosféricas, las cuales se originan por un calentamiento no uniforme de la superficie terrestre, ya que mientras el Sol calienta el aire, agua y suelo de un lado de la Tierra, el otro lado es enfriado por la radiación nocturna hacia el espacio. Este desigual calentamiento de la atmósfera ocasiona movimientos compensatorios que tienden a reducir la diferencia horizontal de temperatura y por lo tanto, las diferencias de densidad y presión. En este sentido, puede decirse que el viento es el resultado de la conversión de la energía solar en energía cinética. Los patrones de circulación del viento en el planeta son el resultado combinado de los flujos convectivos, con el efecto de rotación terrestre. En el movimiento del aire, tanto su velocidad como su dirección están gobernadas por una combinación de cuatro fuerzas básicas: 1


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Fuerza Gradiente de Presión. El all'e siempre se mueve de una presión alta hacia una presión baja. Fuerza Coriolis. La dirección del viento sufre una desviación debido a la rotac10n de la Tierra: cualquier objeto o fluido moviéndose libre y de manera horizontal en el hemisferio norte tiende a ser desviado a la derecha de su patrón de movimiento, mientras que en el hemisferio sur, la deflexión será hacia la izquierda; este efecto es ausente en el ecuador y se incrementa en los polos. 2 Fuerza Centrífuga. El all'e se mueve en un patrón curvo girando alrededor de una celda de presión. En el hemisferio norte, la dirección del flujo es en sentido de las manecillas del reloj en las zonas de al ta presión (anticiclón) y en sentido inverso en las zonas de baja presión (ciclón). 5

H = Pl'$$lon Alta L = Preslon Baja

Comportamiento del viento a nivel planetario, debido a la acción de estas cuatro fuerzas

Fuerza de Fricción. La velocidad (y dirección) del viento se ve alterada cerca de la superficie de la Tierra, dependiendo del grado de rugosidad superficial. El aire calentado en el ecuador sube y se desplaza hacia el polo norte bajando aproximadamente en la latitud 30° N y regresa hacia el ecuador con una dirección NE debido al efecto coriolis (vientos alisios). 4 Entre la latitud 30° N y 55° N se presentan los vientos del oeste, mientras que los vientos polares son de dirección NE. Patrón general del viento (vientos alisios)

Vientos locales Los vientos de gran escala generalmente dominan; srn embargo, pueden ser alterados o modificados por los vientos locales o convectivos. Los principales vientos convectivos son: los vientos de valle, los vientos de ladera, y las brisas de mar y terral. El fenómeno de estos últimos, que son los más característicos y notorios, es el siguiente: un océano se calentará más lentamente que la tierra adyacente debido a que el agua tiene gran capacidad calorífica; asimismo el océano se enfriará más lentamente que la tierra. Estas diferencias de calentamiento y enfriamiento traerán como consecuencia grandes movimientos de aire. Durante el día, la tierra calentada provocará una corriente ascerdente en el aire, el cual será reemplazado por la brisa de aire fresco del mar. Durante la noche, la tierra se enfría más rápido que el agua, lo que origina que el flujo de las corrientes de aire se invierta, circulando de la tierra hacia el mar (terral).

2 Arrhur & Alan Srrahler, Modern Physical Geography, 2"J ed. Nueva York, EUA, John Wiley & Sons, 1983, p. 83. 3 Schroeder, Mark & Buck, Charles. Fire Weather. Agriculture Handbook 360 U.S. Washingron, D.C. EUA. Deparrmenr of Agriculrure & Foresr Service, 1977, p. 76. 4 Convencionalmenre la dirección del vienro señala de dónde viene y no hacia dónde va.


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Brisa

Terral

Otro ejemplo de modificación de corrientes generales de aue por condiciones locales se da en las zonas urbanas, en donde se presentan más complicaciones de dirección y velocidad en los movimientos de aire, debido a factores como la morfología, tamaño y textura de las superficies, orientación y materiales expuestos a la radiación solar, actividad y densidad de los edificios, 5 e incluso los niveles de contaminación, ya que debido a esta puede producirse el efecto de domo térmico, causado por el sobrecalentamiento del aire por las partículas suspendidas en la atmósfera. Todo ello puede generar cambios importantes en los patrones del flujo de aire.

Turbulencia Para analizar los vientos locales es necesano saber que el grado de rugosidad y morfología del terreno, además de reducir la velocidad, también puede cambiar la dirección del flujo de aire, canalizándolo o desviándolo a través de sus depresiones o salientes, además de producir turbulencia. La turbulencia puede ser de dos tipos: turbulencia térmica, asociada con la inestabilidad y actividad convectiva, y la turbulencia mecánica que está determinada por la rugosidad y forma de la superficie u objeto que interfiere con el flujo del aire. El tamaño y tipo de la turbulencia dependen básicamente de la forma y tamaño del obstáculo y en la práctica no se ve afectada por la velocidad del viento.

Necesidad de atre

5 Arthur Bowen, Design Guidelines on Vertical Airjlow in Buildings mzd Urban A reas, Proceedings of PLEA'84, México, Pergamon Press, 1984, p. 179.

El primer requerimiento en términos de necesidad humana y de vida de plantas y animales es el adecuado abastecimiento de oxígeno a través de aire fresco. La cantidad de aire necesaria por una persona dependerá del tipo de actividad que esté desarrollando y de la calidad del aire disponible. Un aire puro contiene una proporción de 0.03% de C0 2 , pero en zonas urbanas esta concentración puede elevarse hasta 0.07 o 0.1 %. Los efectos nocivos se empezarán a presentar al rebasar esta última cifra. Si un adulto en reposo emite aproximadamente

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0.015 m 3/h de co2 tendremos que una persona requerirá 30 m 3/h de aire puro, pero esta cifra se puede elevar hasta 50 m 3/h si el aire es de tipo urbano. 6

Confort Si bien es cierto que la renovación de aire es de viral importancia para la salud, en términos de confort, los simples cambios de aire no ayudan en casi nada. El confort se logra cuando el flujo de aire incide sobre el cuerpo (piel) de los usuarios. El análisis y manejo apropiado de las formas espaciales y aberturas de un edificio pueden controlar en su favor los flujos externos de aire así como la ventilación mtenor inducida (sobre la zona habitable).

6 Fernando Tudela, Ecodiseño. México, Universidad Autónoma Metropolitana, Xochimilco, 1982, p. 20 l.

7 Cf. Víctor Olgyay, op. cit., p. 103.

Viento y Arquitectura Comportamiento del viento alrededor de una construcción Cuando el viento pega contra un edificio se crea una zona de presión alta en la cara frontal; el viento rodea al edificio y origina zonas de baja presión en las caras laterales y en la cara posterior. 7 Naturalmente el aire tiende a entrar al edificio por las zonas de alta presión y a salir por las zonas de baja presión. Comportamiento del viento dentro del edificio La localización y tipo de abertura de entrada determina el patrón del flujo de aire a través de un edificio. Al tener una abertura localizada al centro de un muro, tendremos igual presión en ambos lados de dicha abertura, por lo que el viento entrará de frente a la habitación. Si la abertura no está al centro, la presión en ambos lados del muro será desigual, lo que originará que el flujo de entrada sea diagonal con el sentido que provoca la zona de mayor presión. Las variaciones en los patrones del flujo de aire son causadas por la desigual presión alrededor de las aberturas de entrada, como un resultado de su localización con respecto a la superficie de muro sólido que las rodea. El tipo de abertura también es muy importante, existen muchos tipos de ventanas en el mercado que al usarse en aberturas de entrada nos dan una gran variedad de patrones de flujo de aire.

I Barlovento

Planta

Sotavento

Comportamiento del viento alrededor de una construcción (planta)

Barlovento

Alzado

Soravenro

Comportamiento del viento alrededor de una construcción (corte)

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Nosotros debemos conocer las ventajas y limitaciones de los diferentes tipos de ventanas para poder emplearlos de manera inteligente en cada caso particular. Por ejemplo, es necesario considerar que una tela mosquitero de nylon reduce la velocidad del viento hasta en un 30%. 8

Abertura de salida La localización y tipo de abertura de salida tienen poca influencia en los patrones internos del flujo de aire; sin embargo, entre más cambios de dirección (en el interior) sufra el aire, más se reducirá su velocidad.

Resultado de las presiones del viento

Relación entrada-salida Cuando la abertura de entrada es más pequeña que la de salida se incrementa la velocidad del flujo interno. La cantidad de aire que pasa por una abertura de una habitación, depende directamente del área de abertura, la velocidad del viento, la dirección del viento con respecto al plano de la abertura, y la relación que existe entre el área de la abertura de entrada y el área de la abertura de salida de la habitación.

Q

=

r

V

A sen

e

donde:

Q r v A

e

= =

cantidad de aire 9 (m 3 /s) relación entre abertura de entrada y salida (r = 0.60 x fr (factor de relación)) velocidad del viento (mis) área de la abertura de entrada (m 2 ) ángulo que forma la dirección del viento y el plano de la abertura RELACIÓN DE VENTANA (jr) área de salida/ área de entrada

8 Arthur Bowen, Wind Environments in Buildings and Urban Areas. Department of Architecrure and Planning. 9 Adaptado de Víctor Olgyay, op. cit.

5:1 4:1 3:1 2:1 1: 1 3:4 1:2 1:4

5 4 3 2 1 0.75 0.50 0.25

fr 1.38 1.37 1.33 1.26 1.00 0.84 0.63 0.34


108

Divisiones dentro de la habitación El flujo de aire pierde gran parte de su energía cinética cada vez que es desviado alrededor o sobre un obstáculo. Varios recodos en ángulo recto tales como paredes o muebles dentro de una habitación pueden detener una corriente de aire de baja velocidad. Por ello debemos evitar poner muros que obstaculicen nuestro flujo de aire, sino procurar que vayan en el sentido que lleva el viento. Orientación de la ventana con respecto al viento Se genera la máxima presión del viento a barlovento de un edificio cuando la fachada es normal (perpendicular) a la dirección del viento. Un viento que incide a 45° reducirá la presión en un 50%. Parece evidente que se consiga la mayor velocidad del aire en el interior si el viento entra en forma perpendicular a la fachada; sin embargo, B. Givoni 10 encontró que si el viento incide a 45° aumentará la velocidad media del aire interior. Esto se puede explicar si sabemos que cuando un edificio se encuentra a 45° se crea una mayor velocidad a lo largo de las fachadas de barlovento. Por consiguiente, la sombra del viento será más ancha, la presión negativa (efecto de succión) aumenta y el flujo del aire interior se incrementa.

10 Baruch Givoni, Basic Study of Ventilation Problems in Hot Countries. Building Research Station, Technion, Israel. lnstitute of Technology, Haifa, Israel, 1962. 11 Víctor Olgyay, op. cit. 12 Mark & Buck, Charles Schroeder, op. cit.

Flujo de aire alrededor de los edificios En un arreglo de unidades paralelas, el viento tiende a brincar sobre los edificios Cuando estos son planeados en fila provocan una sombra de viento sobre las subsecuentes unidades, la cual es reforzada por la tendencia del viento a canalizarse a través de los espacios libres, sin pasar por las unidades posteriores. Un arreglo de unidades escalonadas (damero) tiene la ventaja de que habrá fuertes patrones de viento desde las construcciones directas al flujo, hacia las subsecuentes unidades, por lo que el esquema de corrientes es mucho más uniforme, quedando casi eliminadas las zonas de aire estancado. 11

Efecto de la vegetación en los vientos locales La vegetación forma parte de la rugosidad y, por tanto, de la fricción superficial, la cual determina el flujo del viento cerca de la superficie. Por ejemplo, grandes áreas arboladas pueden tener un marcado efecto en el flujo del vi en to. Mediciones hechas en verano, 12 en densas áreas forestadas, indican que 30 metros dentro de la arboleda la velocidad del viento puede ser reducida de 20 a 40%; a 60 metros puede ser reducida 50% y a 120 metros puede

Edificios en acomodo de "damero"

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reducirse hasta 93%. Desde luego hay muchas variables que intervienen, como son tipo y especie de árboles y matorrales que encontremos como barrera, densidad de los mismos, velocidad del viento, etcétera. Por ejemplo, en vientos de velocidades bajas, la forestación puede tener sólo pequeños efectos; un viento a 1.8 mis en un lugar abierto puede bajar su velocidad a 1.1 mis al entrar a una zona boscosa a la misma altura. Pero un viento de gran velocidad en lugar abierto será detenido por la forestación en una mayor proporción; un viento de 8.9 mis puede reducirse a 1.8 o 2.2 mis.

Efecto de la vegetación en los edificios Todos los elementos circundantes a un edificio, como los vegetales, definitivamente tienen un efecto en los patrones del flujo de aire y en la velocidad del viento. Mediante el diseño de elementos vegetales, como plantas, árboles, arbustos, setos, etcétera, incluyendo cercas y bardas, podemos crear zonas de alta o de baja presión alrededor de una casa y con respecto a sus aberturas podemos provocar corrientes de aire dentro del edificio. Este criterio es muy útil, sobre todo en casas ya construidas que tienen una orientación desfavorable con respecto a los vientos locales predominantes. Durante el periodo de sobrecalentamiento debemos diseñar la vegetación con el fin de inducir el flujo de aire al interior del edificio, y en especial sobre la zona habitable, creando movimientos directos y acelerados. Durante el periodo de bajo calentamiento podemos utilizar la vegetación como barrera contra el viento frío. Los patrones del flujo de aire pueden variar con el solo hecho de acercar o alejar un arbusto o un árbol de la abertura de entrada. La combinación de arbustos y árboles nos darán todavía más patrones de viento de los cuales podemos sacar ventaja para nuestros proyectos arquitectónicos y, por tanto, esto se traducirá en términos del confort para los usuarios. La vegetación La vegetación tiene otras muchas funciones además de canalizar, desviar y disminuir la velocidad del viento. La vegetación tiene la función vital de regeneración de oxígeno ya que durante el día, gracias a la acción clorofílica y de fotosíntesis, el gas carbónico se absorbe y el oxígeno se desprende. Otra función de los vegetales es la humidificación del aire, ya que la vegetación despide vapor de agua por medio de su follaje debido a la transpiración fisiológica. Este aumento de humedad en el ambiente provocará una disminución sensible de temperatura. También podemos utilizar la vegetación como elemento vivo de control solar, obstruyendo la radiación en verano y dejándola pasar en invierno. Se le utiliza igualmente como filtro acústico y lumínico ya que a través de la vegetación logramos amor-


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tiguar ruidos y controlar la reflectancia evitando deslumbramientos. Otra función importante, sobre todo en zonas urbanas, es el efecto de fijación de motas de polvo.

Viento indeseable Dentro del diseño solar bioclimático, el análisis y manejo del aire y del viento es sumamente importante, pues en un clima frío, por ejemplo, el viento puede llegar a ser indeseable, mientras que en un clima tropical, cálido-húmedo, lo más seguro es que sea la principal estrategia de diseño. Un viento puede ser indeseable: •Cuando es muy frío (temperatura del aire inferior a la zona de confort) •Cuando es muy cálido (temperatura del aire superior a 35 °C) •Cuando está contaminado (de polvo, smog, olores, C0 2 , etcétera) •Cuando es superior a 2.0 mis (en interiores y en términos funcionales de confort) •Y desde luego cuando se presenta bajo condiciones especiales como: tornados, ciclones o huracanes (arriba de 20 mis) Los parámetros de estudio deben considerar la velocidad, dirección, frecuencia y turbulencia local y particular. El uso de la vegetación en el diseño bioclimático es de gran importancia, desde el punto de vista mecánico en su relación con el viento, desde el punto de vista biotérmico y también sensorial.

Casos de

estudio

Con los siguientes casos de estudio se pretende mostrar la importancia que tiene la ventilación como estrategia de climatización natural; y cómo se ha utilizado en casos concretos en diferentes épocas y partes del mundo con condiciones climáticas diversas, enfatizando las soluciones que surgen en la arquitectura bioclimática contemporánea. El objetivo principal es resaltar cómo el concepto arquitectónico, en todas sus vertientes, está relacionado con el ambiente. De tal forma que se presentan elementos tipológicos claros en función de las variables ambientales que se manejan en algunos proyectos. Con ello se pretende haya un acercamiento a las nuevas maneras de entender la arquitectura, a los nuevos materiales, sistemas y dispositivos de climatización natural que caracterizan esta arquitectura que aplica el viento como concepto de diseño. A través de estos ejemplos se podrán conocer nuevos criterios con el fin de lograr edificaciones confortables, que hagan un uso eficiente de la energía y los recursos naturales. Arquitectura vernácula Al estudiar la arquitectura vernácula encontramos cómo el hombre ha buscado formas ingeniosas para manejar el viento. Por ejemplo, en los climas cálidos y

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Torre Eólica, Yazd, Irán


secos, donde es necesario captar el viento y enfriarlo, naturalmente antes de introducirlo a las edificaciones, el hombre diseñó torres eólicas o bagdirs. En Medio Oriente se localiza una gran variedad de torres: de inyección o succión, unidireccionales o mulridireccionales, aisladas o adosadas al edificio, con dueto enterrado o sin él, con humidificación o sin ella, etcétera. Sin embargo, en todas sus variantes, el principio utilizado es el mismo. Se aprovechan las fuerzas y presiones del viento para dirigirlo de manera controlada al interior del edificio. Desde luego el concepto de torre eólica funciona de manera integral con el diseño del edificio. En este tipo de arquitectura los principales esquemas de diseño son la masividad de la construcción y el patio central, el cual puede ser abierto o cerrado por medio de una bóveda que casi siempre cuenta con abertura en su ápice. El patio crea un microclima interior, basado de manera importante en las corrientes de aire provenientes de la torre eólica. Las cubiertas abovedadas provocan una disminución de presión al paso del viento, generando una fuerza de succión que extrae el aire caliente del interior del edificio y que favorece a las corrientes de aire de la torre eólica, estableciéndose un flujo convectivo constante. A través de este sencillo sistema se alcanzan disminuciones de temperatura de hasta 20 °C con respecto de la temperatura exterior. Por otro lado, en los climas cálidos húmedos es necesario aprovechar al máximo la ventilación. En estos climas el viento no es tan caluroso, por lo que se puede introducir de manera directa sin necesidad de pre-enfriarlo. Así, la vivienda es totalmente permeable al viento. La ventilación se logra a través de todos los elementos constructivos: por debajo del piso, por los muros y por la cubierta. A diferencia de los climas cálidos secos, donde las edificaciones son masivas para aprovechar la inercia térmica, en los climas cálidos húmedos se utilizan en general materiales naturales aislantes. Por el contrario, en los climas fríos es indispensable evitar al máximo la ventilación. Se debe lograr el aislamiento y la protección. El iglú es un buen ejemplo del control del viento, éste se logra con cambios de nivel y cámaras esclusas. La misma forma semiesférica ayuda a conseguir este control. La esfera es el cuerpo geométrico que ofrece un mayor volumen con la menor superficie, de tal forma que el espacio se aprovecha al máximo, con una exposición mínima al ambiente circundante adverso. Al mismo tiempo se desarrolla un sistema constructivo sencillo que utiliza el único material disponible. Los bloques de hielo funcionan como un excelente aislamiento, el cual es reforzado en ocasiones con pieles animales. En esta arquitectura extrema se logra aumentar la temperatura interior hasta 30 °C con respecto al exterior, pese a las bajas temperaturas y fuertes vientos; que la ubica en una de las soluciones arquitectónicas-energéticas más_ eficientes.

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Diagrama de un Iglú, Memorias del curso de actualización sobre el aprovechamiento de la energía solar en las edificaciones. Bufete de Tecnología Solar, S.A., México D.F., 1981

VIENTO DEL NORTE

R=13 AISLANTE TERMICO EQUIVALENTE A S cm DE POLIESTIRENO

10 VARIACION DE LA TEM,PERATURA ENUNIGLU -

-

-

-

TEMPERATtlRA DEt. AIRE EH EL TECHO {IHT.)

"•••• • • ••• TEMPERATURA DE LA PLATAFORMA

- · - TEMPERATIJRA.OELPtSOANIVEL - - TEMPERATURA MtSIENTE EXTE.RIOR:

¿: Oí

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40 6:00

12:00

18:00

24:00

Arquitectura Contemporánea Un ejemplo significativo a finales de los años cincuenta es el edificio de Reidy, el pabellón de laguna Rodrigo de Freitas en Río de Janeiro. Se trata de un edificio tipo palafito con muros celosía para permitir el máximo flujo de vienro en el interior y con máximo control solar. Sin embargo, lo más interesante del concepto empleado es la utilización de una doble cubierta (techo escudo), que permite un excelente control de la radiación solar, aunado a la disipación de calor por medio de la ventilación cruzada. Este concepto de doble cubierta es una estrategia de climatización muy usada hoy en día. El edificio Torre Turbina de Richard Rogers es buen ejemplo de la estrategia de torre eólica aplicada en un edificio contemporáneo. Es un edificio que se construyó en la ciudad de Tokio que cuenta con un sistema de torres eólicas de captación y extracción. El viento se capta por medio de una torre inferior y se canaliza hacia unos intercambiadores de calor en cisternas de agua fría. El aire, una vez climatizado, se introduce a los locales del edificio a través de los distintos entrepisos. El aire caliente del interior se canaliza a una gran torre de succión, que aprovecha el efecto stack (efecto de tiro), el cual se incrementa por captadores solares en lo alto de la torre.

6:00

Edificio Torre Turbina. Richard Rogers

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Mezquita del Sultán Abdul Aziz Shah de Kuala Lumpur

De modo contrario a las mezquitas islámicas tradicionales de clima cálido seco, en la Mezquita del Sultán Abdul Aziz Shah de Kuala Lumpur se utiliza la ventilación natural cruzada. El edificio se abre al viento a través de sus bellas celosías, las cuales, al mismo tiempo proporcionan protección solar. El clima caluroso húmedo de Malasia permite una solución abierta de sus edificaciones en donde la ventilación cruzada se convierte en la principal estrategia de diseño bioclimático. Como ejemplo de un clima cálido húmedo tenemos uno de los edificios de Renzo Piano, la distintiva forma del Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea, que fue generada por la necesidad de maximizar la ventilación en este tipo de clima. El edificio se encuentra ubicado en una colina boscosa a la orilla de un lago. El concepto de diseño permite la canalización del aire fresco de la parte baja y arbolada del terreno. Por estratificación térmica el aire sube y sale por las torres de extracción que se ubican en la parte más elevada del edificio y del terreno. El edificio cuenta también con patios interiores abiertos, además de muchos muros de celosía que permiten una alta permeabilidad al viento. El diseño de las torres es versátil ante las condiciones de los vientos locales y del flujo de aire del edificio. Conjuntamente con el manejo de los materiales y el diseño total, se permite el paso constante del aire. Otro ejemplo de inmuebles que utilizan torres eólicas como estrategia de ventilación es el caso de la escuela de ingeniería y manufactura Edificio de la Reina de la Universidad de Monfort en Gran Bretaña, del arquitecto Ford y asociados. Esta obra cuenta con talleres y maquinaria que producen grandes cantidades de calor.


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Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea. Renzo Piano, corre

La climatización se logra de manera casi natural, a través de ventilación cruzada y por efecto stack, aprovechando torres eólicas de extracción y extractores convectivos en los ápices de las cubiertas, mientras que el aire fresco es introducido por las partes bajas del edificio. De esta forma se consiguen condiciones adecuadas de confort en el interior de los talleres. El edificio de la sede de la compañía de telecomunicaciones Iónica en Cambridge, utiliza de manera importante la ventilación natural, además de masa térmica, iluminación natural, enfriamiento nocturno y otros sistemas y dispositivos controlados por computadora. La ventilación natural se logra por el efecto stack formado en un atrio central e incrementado por captadores solares dispuestos en la parte más elevada del edificio, formando parte de los extractores eólicos. Los calentadores solares incrementan la diferencia térmica entre el aire fresco que entra y el aire caliente que es extraído, de tal manera que el efecto stack se intensifica creando una corriente de aire constante durante el día.

Centro Cultural de Nueva Caledonia, en Noumea. Renzo Piano, vista

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Banco de Comercio de Frankfurt de N arman Foster


Un buen ejemplo de manejo de la ventilación mediante el diseño arquitectónico es el caso del Parque de Ciencia y Tecnología en Gelsenkirchen, Alemania, del arqui recto Kiessier and Partner. Este edificio presenta una fachada acristalada inclinada que se orienta hacia el poniente. Esta fachada es deslizable con un patio de triple altura para obtener la estratificación térmica y efecto stack. Durante el invierno la fachada permanece cerrada para propiciar el calentamiento de los espacios interiores, en el verano se abre tanto en su parte inferior como superior para permitir la circulación del aire. La abertura inferior se controla a voluntad para permitir mayor o menor flujo de aire. El sistema es apoyado por calentadores solares de aire que permiten un mayor calentamiento en el invierno. El Pabellón Bioclimático de la Expo Sevilla 92 es un excelente ejemplo para mostrar las posibilidades de climatización natural en espacios abiertos y semiabiertos. En este caso, el espacio semiabierto climatizado naturalmente aprovecha el efecto stack y el flujo de aire fresco de zonas jardinadas. El efecto se logra por medio del diseño de la cubierta (lanaria). La misma forma canaliza al viento forzándolo a circular desde las áreas jardinadas hacia el interior. El sistema es complementado con microaspersores para incrementar la humedad además de ionizadores. Pese a ser un espacio semiabierto se consiguen disminuciones de temperaturas cercanas a los 1O grados centígrados.

Edificios con doble fachada ventilada La nueva sede del Banco de Comercio de Frankfurt de Sir Norman Foster es el primero de una nueva generación de edificios que no dependen de la climatización artificial para proveer confort a los ocupantes. Hasta ahora dependían del aire acondicionado para su climatización. Esto se debía por varias razones, pero una de ellas es que a grandes alturas es difícil controlar al viento para introducirlo al interior de los espacios. El concepto básico del diseño de Foster es el de lograr la ven rilación natural a través de ventanas operables y un patio central que disipa el aire caliente


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Banco de Comercio de Frankfurt de Sir Norman Foster. Fragmento del corte y diagrama de ventilación

por estratificación o efecto stack. Este edificio aprovecha una doble fachada acristalada, la cual forma una cavidad ventilada que permite controlar el viento a grandes alturas. Las fachadas acristaladas utilizan materiales de control térmico de baja conductividad. Son vidrios especiales que ofrecen una buena transmitancia de la luz natural y evitan el paso del calor, por lo que la fachada funciona adecuadamente tanto en verano como en invierno. El control del viento se logra por medio de un ingenioso diseño de la manguetería de la fachada. La cavidad también cuenta con micropersianas para el control solar y lumínico. La fachada interior cuenta con ventanas operables que permiten introducir el aire controlado de la cavidad. Este sistema de fachada está acompañado por el esquema de patio central. El edificio de 60 pisos tiene una planta de forma triangular con un enorme espacio central que sirve como tiro para extraer el aire caliente del interior. El efecto stack provoca una corriente ascendente que crea una circulación constante de aire. De manera alterna, en cada una de las fachadas y cada ocho niveles se cuenta con un área jardinada con una altura de cuatro niveles. Este espacio permite que desde el interior, sea cual sea la ubicación de los ocupantes, estos siempre vean un área verde. Desde el punto de vista de diseño esto es muy importante, ya que los espacios se abren visualmente y se amabilizan, pero también estos espacios jardinados ayudan al esquema global de ventilación natural, ya sea para la extracción o introducción de aire, además de la aportación de oxígeno que generan de las plantas.

Esquema del sistema de ventilación

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Torre RWE en Essen, Alemania, corte y fachada


El edificio ARAG, de Norman Foster, también emplea el mismo sistema de control. Igualmente el edificio RWE en Essen, Alemania, del arquitecto Ingenhoven Overdiek, utiliza el mismo principio de cavidad ventilada para introducir ventilación natural al interior de los espacios, aunque el diseño varía un poco del de Foster, éste también utiliza micropersianas para el control solar y de iluminación natural. La cavidad entre las dos fachadas acristaladas es de 50 cm. A este tipo de sistema se le ha llamado: fachada climdtica. El diseño del edificio de Sistemas Futuros para un Edificio Verde, proyecto del arquitecro McCarthy, también juega con la idea de una segunda piel, o cavidad ventilada, además del concepto de patio central de gran altura. En este caso se trata de un edificio elevado sobre el nivel del piso, tipo palafito. En el centro del edificio se tiene un área jardinada en el patio central, este espacio funciona como de ventilación. El viento entra por la parte baja del edificio pasando a través de los jardines y, por tanto, refrescándose, el aire es extraído en la parte más elevada del edificio. Además de la doble fachada ventilada, otro esquema que se está utilizando es el de aprovechar la estratificación térmica natural del aire y extraerlo en la parte alta de la cubierta. En este caso las cubiertas son inclinadas o de bóveda de cañón corrido para favorecer la salida del aire.


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Otro caso es el Liceo Polivalente Frejus en Francia, proyecto de N. Foster. El edificio utiliza la ventilación cruzada y el efecto stack. El esquema se basa en un patio central donde se produce la estratificación térmica del aire, el cual es sacado por aberturas localizadas en la parte superior de la cubierta. De manera similar funciona el Centro de Convenciones y Exposiciones de Linz, Austria, del arquitecto Thomas Herzog. El edificio cuenta con una cubierta totalmente acristalada, la cual consiste en un elemento de doble cristal con microprismas o micropersianas en su interior. Los microprismas se pueden usar para reflejar o redireccionar la luz solar directa y sólo permitir el paso de la luz difusa. Esta tecnología de primera generación ha progresado suficientemente para permitir producir material extruído de placas microprismáticas de bajo costo, las cuales se pueden usar tanto horizontal como verticalmente. Aunque el principal concepto de diseño de este edificio se basa en la utilización de la iluminación natural, cuenta con los principios elementales de la extracción por estratificación térmica en la parte superior de la cubierta. La entrada de aire se logra de manera controlada por aberturas de inyección en el piso. Centro de exposiciones en Linz, Austria, Thomas Herzog

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A través de esta sección se han presentado ejemplos de arquitectura contemporánea que utiliza la ventilación natural como principal estrategia de diseño. Los conceptos que en ellos se aplican son prácticamente los mismos que se han utilizado en la arquitectura popular /. y vernácula a través de la historia. , ; Vemos cómo muchos de los edificios actuales ../ .· utilizan torres eólicas, tanto de inyección como de extracción. Este es un principio altamente probado en la arquitectura de Medio Oriente, que es retomado por la arquitectura contemporánea mundial. El esquema de patio central como espacio de ventilación también lo aplican en muchos proyectos, ya que es un elemento arquitectónico importantísimo de control microclimático. Elevar el edificio del nivel del suelo, tipo palafito es una estrategia que favorece la climatización pasiva y la ventilación natural, en especial en climas cálidos húmedos. Una de las principales estrategias que se emplean hoy en día es la utilización de doble envolvente constructiva. Ésta puede ser en la cubierta, tipo techo escudo o en los muros de las fachadas, fachada climdtica. Cuando se usa en las cubiertas se convierte en un elemento importante de protección solar; en las fachadas funciona como protecc10n en el verano, aislante en el invierno, y como cavidad de ventilación controlada para edificios de grandes alturas donde el viento incide con mucha fuerza. Por otro lado, es importante mencionar que la nueva tecnología en sistemas constructivos, materiales, de control, etcétera, ofrece nuevas posibilidades de aplicación, y de hecho, está expandiendo la utilización de conceptos de diseño tradicionales, desde luego reinterpretados y aplicados en la nueva arquitectura bioclimática contemporánea. En su dibujo conceptual del edificio Molino de Viento, Richard Rogers trata de expresar cómo un edificio puede aprovechar de manera integral las energías y recursos naturales. El esquema muestra de manera importante el aprovechamiento del viento y la energía solar en la edificación. Este es un esquema visionario de lo que en adelante deberán hacer todos los edificios construidos, pues no se puede seguir construyendo bajo los esquemas derrochadores de energía que imperan en la actualidad. Los nuevos edificios deben tener como premisa fundamental el bienestar y confort de los ocupantes y el uso eficiente de la energía. ~·

Edificio Torre Turbina. Richard Rogers



Los objetivos de este tema tienen la intención de proporcionar al lector una introducción del comportamiento de la iluminación y su relación con los diversos géneros de edificios, así como ofrecer los conocimientos físicos básicos para entender el fenómeno de la luz natural y su comportamiento. Los conocimientos e información que se presentan en este capítulo están enfocados a la aplicación e integración armónica de las fuentes de luz natural y eléctrica en los diversos géneros de edificaciones. El enfoque de todas estas acciones está directamente relacionado con la obtención de condiciones de confort lumínico y visual, con el ahorro y uso eficiente de la energía, y consecuentemente son el mejoramiento y conservación del ambiente y la obtención de calidad de vida de los ocupantes en su hábitat. La interacción de la luz en las edificaciones comprende indiscutiblemente la integración de las componentes natural y artificial o eléctrica. Ambas deben complementarse. El conocimiento de las características, propiedades y diferencias de las diversas fuentes luminosas es indispensable para la realización de un proyecto arquitectónico idóneo. Esta situación implica considerar a la luz, tanto natural como eléctrica, con un concepto de sinergia y ambivalencia. Por tanto, la iluminación de los espacios de una edificación y de las diversas actividades de los usuarios, deben inferirse en un concepto asociado e integral que brinde condiciones óptimas, tanto de día como de noche. La combinación e integración armónica de la luz natural y la eléctrica deben resaltar los atributos arquitectónicos de las edificaciones, de tal manera que se obtenga un resultado armónico de los espacios, las formas, las superficies, los acabados, los colores, las texturas y el sistema lumínico artificial seleccionado. Es necesario realizar estas acciones para obtener resultados favorables y con mayores beneficios de confort y calidad de vida de los ocupantes, así como adecuados resultados económicos y ambientales, gracias al ahorro de energía y a la reducción de la emisión de gases de invernadero a la atmósfera.


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Principios y fundamentos básicos de la luz La luz natural es en realidad un don muy preciado. Es incuestionable que la luz natural ha estado presente en el planeta desde las primeras manifestaciones del hombre hace varios millones de años. Desde entonces, el hombre ha apreciado el valor de la luz natural y ha comprendido sus múltiples ventajas y beneficios. Es importante señalar que hay notables diferencias entre el antepasado remoto del hombre y el hombre contemporáneo. Ciertamente, el hombre en su estado natural ha actuado como un predador y ha llevado a cabo actividades al exterior que son diferentes cuantitativa y cualitativamente a las que realiza el hombre contemporáneo en sus espacios interiores. Un concepto básico que se presenta en estas diferencias es la adaptación 1 a su ambiente natural, circunstancia que surge a partir del siglo XX, cuando el hombre empieza a utilizar fuentes de iluminación artificiales, lo cual le permite extender y, en algunos casos, ignorar el aprovechamiento en los edificios del enorme potencial de la luz natural disponible en la mayoría de las regiones del planeta. En realidad, la visión humana se adaptó en un principio a la luz natural y con la aparición de la luz eléctrica artificial el hombre se tuvo que adaptar de manera drástica a ésta, lo que ha implicado un cierto grado de adaptación desfavorable, que hasta la fecha se presenta con mucha frecuencia en los diversos géneros de edificaciones. Las tareas visuales del mundo moderno implican el estudio de diversos factores, y en la medida que estas tareas son más sofisticadas, aumenta el grado de complejidad de los factores implícitos. El diseño adecuado de la iluminación intramuros es a menudo un compromiso entre la eficiencia visual, el confort visual y el grado de satisfacción estética, aspectos que se tratan en otros capítulos de este texto. Es indudable que la luz natural tiene gran importancia para la arquitectura, la luz natural es un aliado indispensable para el arquitecto. Sin la presencia de la luz, no es posible tener una percepción y experiencia visual de nuestro entorno. Se conocen diversas experiencias constructivas de arquitectos que a través de la historia han manifestado la importancia que la luz natural tiene en la arquitectura y el urbanismo.

Propiedades de la luz natural, el Sol, espectro electromagnético El Sol, que es la estrella que se encuentra en el centro del sistema solar, es la fuente esencial de luz natural diurna. La luz proveniente del Sol llega a la Tierra acompañada de radiación térmica. Datos característicos del sol: Distancia promedio del Sol a la Tierra: 150 millones de kilómetros Diámetro: 1 392 000 km Masa: 1 X 10 3º kg Temperatura de la superficie: 5 500 ºC Esfera gaseosa, formada de Hidrógeno (75%) y Helio (25%)

1 Adaptación se entiende como la habilidad del ojo humano a adaptarse a las condiciones de iluminación prevalecientes y la del cuerpo humano en su totalidad a adaptarse a su entrono circundante. Esta habilidad no es absoluta, y gran parre de su estudio está enfocado a sus limitaciones. El ojo humano puede adaptarse a condiciones de iluminación muy pobres, pero su eficiencia disminuye, comparado con condiciones de iluminación favorables, por lo cual los aspectos cual .tativos están implícitos.

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Actividad: Reacción termonuclear (fusión termonuclear), transformando cada segundo 564 millones de toneladas de Hidrógeno en 560 toneladas de Helio, disipando las restantes 4 millones de toneladas al espacio en forma de energía radiante de longitud de onda corta. A la Tierra sólo llega una diezmillonésima parte de este enorme torrente de energía en forma de luz y calor, proveniente del proceso de fusión nuclear del sol. Edad estimada: 10, 000,000,000 años. Está en su término medio de vida. La radiación solar y su influencia en la localización, orientación y forma de una edificación La localización, orientación y forma de una edificación deben analizarse cuidadosamente para obtener el máximo provecho de estos beneficios. El control de la radiación solar en la arquitectura es uno de los factores más importantes a considerar. Desde el punto de vista térmico, los rayos solares deben penetrar y ser absorbidos en las edificaciones cuando se requiere y rechazarse cuando resultan indeseables, por medio de un manejo selectivo de la "piel constructiva" de la edificación. El objetivo en el diseño bioclimático es buscar y mantener un punto de balance o equilibrio entre los periodos de bajo calentamiento, cuando la energía solar representa un beneficio, y de sobrecalentamiento, cuando la radiación solar se debe evitar al máximo en las edificaciones. Un diseño óptimo y versátil de dispositivos de sombreado y control solar puede contribuir considerablemente para alcanzar dicho objetivo y coadyuvar al logro de condiciones óptimas de confort ambiental y a reducir los consumos de energía en las edificaciones. Es importante destacar que el Sol, con su componente lumínica, afecta la distribución y orientación de los espacios interiores, así como el tamaño, geometría y localización de las aberturas en los edificios. Espectro electromagnético En nuestro entorno, la radiación electromagnética o espectro electromagnético es la principal de las energías presentes. Este fenómeno en su conjunto se manifiesta cuando partículas inmateriales llamadas fotones, atraviesan el espacio a grandes velocidades. La radiación electromagnética es un conjunto de ondas producidas por la oscilación o aceleración de una carga eléctrica. Como su nombre lo indica, las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas con frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas), hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible ocupa sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético, al extremo derecho, está compuesto por rayos cósmicos, rayos gama, rayos X, duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, ondas de radar, microondas, ondas de UHF, VHF, onda corta y ondas de radio en el extremo superior izquierdo del espectro electromagnético.

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Lo que percibe el ojo humano como luz visible es una estrecha banda de longitudes de onda de radiación electromagnética que va desde 380 nanómetros (1 nanómetro = 1 x 10-9 ) hasta 780 nanómetros. Esta radiación energética está compuesta de partículas de energía o fotones y presenta propiedades de movimiento ondulatorio transversal. La longitud de onda determina su color correspondiente. Por ejemplo, la luz blanca contiene todas las ondas del espectro electromagnético visible. Estas radiaciones del espectro visible forman la luz y en ellas se basa una gran parte de la percepción humana y con ello, del conocimiento que tenemos de nuestro entorno físico. Además de la luz visible, que es una forma de energía electromagnética, hay otras radiaciones en el espacio que nos rodea.

Espectro electromagnético y espectro de la luz visible

Metros

105 lü4 103 102 Radio

Onda Corta

10·1

1

101

UHF

VHF

Km

104

RADAR

cm

m

mm

10-7 10-8 10-9

10-6

rn-10

lQ-ll

Rayos X

Infrarroja Infra. LUZ UltraLarga Corta VISIB Violeta um

nm

rn-12 rn-13 rn-14 10-15

Rayos g

Rayos Cósmicos

fm

pm

ESPECTRO DE LA LUZ VISIBLE

INFRAROJA

780

ROJO

NARANJA

730

Nanómetros ( 1 x

l0- 9)

AMARILLO

620

570

VERDE

515

VIOLETA

VERDE

AZUL

465

415

ULTRAVIOLETA 380

127


El ojo humano. Visión y percepción El ojo humano, por medio de la visión, es el medio de comunicación más importante del hombre. El ojo humano se estimula con la luz que reflejan los objetos. Si en un medio luminoso no existe superficie alguna que refleje la luz, el fenómeno de percepción de la luz no se lleva a cabo. Debe existir una superficie u objeto que refleje la luz para que ésta se manifieste y se perciba por medio de la visión. Ciertamente, la visión es un sistema perceptual en su totalidad. Desde el punto de vista fisiológico, el ojo humano es un complejo órgano sensorial, que convierte la energía luminosa que recibe de su relación espacio-temporal de los objetos en su espacio visual, en señales eléctricas a través de un maravilloso proceso en el cerebro. El funcionamiento del ojo humano se puede comparar al de una cámara fotográfica. Simplificando el proceso, se puede decir que la luz proveniente de una fuente primaria o secundaria pasa a través de una abertura (pupila), hasta una lente (cristalino), que hace que en la superficie sensible (retina) se forme una imagen. El nervio óptico se encarga de transmitir esta señal al cerebro, que a su vez la interpreta. Estos procesos hacen posible que a través de la visión se puedan apreciar: •Distancia •Intensidad •Color •Espacio •Volumen •Tiempo La pupila controla la entrada de luz, cerrándose cuando ésta es excesiva y abriéndose cuando los niveles de luz son muy bajos. Por tanto, el ojo humano puede considerarse como estructurado por dos grupos especializados de componentes que interactúan entre sí. •Componentes ópticos: córnea, lente cristalino, pupila y líquido intraocular •Componentes neurales (retina y nervio óptico) La retina tiene dos tipos de células: •Conos: Actúan cuando se recibe mucha luz y permiten ver detalles y colores: hacen posible la visión fototópica •Bastoncillos: Actúan cuando se recibe poca luz. Son poco sensibles a los colores: por esta razón, al momento de ocultarse el sol, se empieza a perder la capacidad de apreciar los colores. Cuando los rayos de luz reflejados de un objeto pasan a través de la córnea, el lente cristalino y el cuerpo vítreo se refractan y se forma una imagen invertida en la retina, que actúa como una película fotográfica sensitiva a la luz. Los rayos luminosos se


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enfocan en la macula !urea, la región retina! donde los conos son numerosos. Su nombre deriva de su forma de cono. Los conos contienen pigmentos que los hacen sensitivos al color. En condiciones de oscuridad, dependemos más de los bastoncillos para poder ver. Estos son receptores en forma cilíndrica distribuidos a través de la mayor parte de la retina. Conos y bastoncillos contienen pigmentos fotosensitivos cuya estructura química se altera con la presencia de la luz. Los cambios que ocurren en los conos y los bastoncillos, a su vez, disparan impulsos eléctricos en las células nerviosas de la retina, que son enviados a los nervios ópticos del cerebro. Es importante mencionar también que el ojo humano responde a un intervalo de niveles de iluminación que se extiende en orden de magnitud de un millón, ya que va de 0.1 lux (con la iluminancia proporcionada durante la noche por la luna llena), hasta 120 000 lux, que corresponde a la iluminancia 2 en condiciones de sol directo con una intensidad brillante. Esto significa que, a diferencia de la banda o rango de confort higrotérmico humano, que es muy estrecha, para poder realizar una tarea visual común, como es leer, ésta es posible realizarla, aun cuando no es conveniente, por periodos cortos, bajo condiciones tan extremas como hacerlo a la luz de la luna o bajo los rayos candentes del sol. Por supuesto que estas condiciones extremas no son recomendables. Existen diversas especificaciones y estándares internacionales que establecen los niveles de iluminancia recomendables y las condiciones óptimas desde el punto de vista subjetivo o cualitativo, para diversas tareas visuales de los usuarios en sus espacios arquitectónicos. Por otra parte, en la arquitectura y el urbanismo, contar con condiciones óptimas de iluminación hace factible: la orientación del usuario en el tiempo y el espacio, el conocimiento del entorno físico y los objetos que lo contienen, la realización de las diversas tareas visuales, tanto cuantitativa como cualitativamente. Además, permite crear un ambiente favorable, modificar el aspecto del espacio, y de sus componentes y superficies, destacar y realzar objetos y áreas, subdividir el espacio, complementar formas constructivas, crear efectos estéticos y plásticos favorables, así como coadyuvar a encauzar el movimiento de personas y automóviles, proporcionar seguridad y, ante todo, lograr condiciones saludables para los usuarios de espacios, tanto arquitectónicos como urbanos.

Luz natural y visión.

El color y su influencia

La fuente de luz natural diurna por excelencia proviene del Sol, acompañada siempre de radiación térmica o de radiación de longitud de onda corta. Es decir, la luz está asociada al calor proveniente del sol. En un día soleado con gran brillantez del disco solar, la iluminanciapuede alcanzar hasta 120 000 lumens/m 2 , es decir, 120 kilolux. Bajo estas condiciones, incide aproximadamente 1 kW/m 2 • La luz natural es en realidad la manifestación visual de la energía solar. El Sol, que es la fuente primaria de luz natural, envía también a la tierra grandes cantidades de

2 La iluminancia es la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una unidad de área, generalmente sobre 1, m 2es decir, lm/m', que equivale a 1 lux, unidad de iluminancai en el Sistema Internacional de Unidades.


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radiación solar en la reg10n del corto infrarrojo. La comprensión de la distinción entre los atributos lumínicos y térmicos de la radiación solar es un factor clave para su óptima utilización en la arquitectura. Si se considera que la luz es la manifestación visual de la energía solar radiante, está íntimamente relacionada con las sensaciones humanas. Los objetos los percibimos básicamente por la luz reflejada de éstos y por las diferencias en sus propiedades de brillantez3 y color. 4 El contacto que tienen los usuarios con las edificaciones es precisamente por medio de la visión y ésta necesita de la luz para hacerse presente. El control luminoso se establece por medio del manejo de los siguientes factores: •Intensidad •Color •Tipo de fuente luminosa •Ubicación •Distribución •Superficies reflejantes de la luz La interacción y el manejo de estos factores determinan el efecto resultante. Es indispensable que la combinación de estos factores esté orientada a satisfacer los requerimientos de los usuarios en sus diversos espacios y acorde a la función específica de éstos. Para poder percibir los objetos, es indispensable que éstos reflejen la luz incidente. Sin la presencia de este fenómeno de rejlectancia es imposible que el fenómeno lumínico se manifieste plenamente. Esto significa que nuestra impresión de cualquier objeto y sus detalles está determinada por la manera en quf' I~ luz incidente es reflejada. Por tanto, algunas propiedades físicas de las edificaciones, como las texturas y colores de los materiales o acabados de su envolvente pueden realzarse o atenuarse. Ciertamente, el aspecto de un espacio puede cambiar drásticamente en función de la iluminación incidente.

3 La Brillantez está en función de la cantidad de luz que recibe el ojo humano. 4 El color se relaciona con la distribución de las longi rudes de onda de la luz, es decir, de su calidad espectral.

El color de la luz. Influencia del color en la arquitectura El color de la luz depende de la longitud de onda de la radiación que la produce. La influencia del color en el hombre y su hábitat es un aspecto estudiado por diversos investigadores. A pesar de no existir una teoría absoluta acerca de esta influencia, es incuestionable que el color o colores que los ocupantes de un espacio arquitectónico o urbano perciben, tienen una relación directa con el estado emocional, anímico y con respuestas fisiológicas definidas con relativa precisión. Aun cuando no todas las personas reaccionan de igual forma ante la manifestación de un color determinado, casi siempre se presentan reacciones conscientes o in-


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conscientes de tipo psicofisiológico y una aplicación cromática adecuada puede incluso influir en las condiciones de confort psicológico, así como en las actividades de trabajo del usuario, su eficiencia, productividad, estado de ánimo y, sobre todo, en su salud. Por tanto se infiere que el color juega un papel muy importante en la solución exitosa de un proyecto arquitectónico y urbano. A continuación se mencionan algunas influencias y asociaciones de los colores: Amarillo: Color cálido. Es el color del sol, de la luz, que se asocia con la inteligencia y la arrogancia, y con la intensidad de las emociones. Azul: Color frío, básico de la naturaleza. Es el color predominante del planeta, por su alto porcentaje de cuerpos de agua en océanos, ríos, lagunas, etcétera. Se asocia con las emociones profundas, la reflexión y el juicio. Propicia el relajamiento y la concentración. Blanco: Es la suma o síntesis de todos los colores. Representa la pureza, lo absoluto, la pulcritud y la perfección. Caft: Color neutro, es el color de la tierra. Presenta un carácter orgánico. Se asocia con el sentido de la protección y el arraigo. Gris: Color neutro, que se asocia a la imparcialidad y neutralidad. Naranja: Color cálido. Color secundario que se obtiene de la mezcla del amarillo y rojo. Es más cálido que el amarillo. Es estimulante, excitante y produce entusiasmo. Se asocia al ardor, la atracción y la pasión. Utilizado en grandes cantidades puede resultar muy agresivo y violento. Es más conveniente usarlo en áreas de menores dimensiones. Rojo: Color cálido, asociado a la calidez, a la excitación y al apasionamiento. Al degradarse y convertirse en color rosa pierde gran parte de sus propiedades y se relaciona con la absorción de la energía vital corporal, la feminidad, la ternura y la juventud. Verde: Color frío. Color secundario que se obtiene de la mezcla de amarillo y azul. El azul ejerce una fuerte influencia sobre el verde. Ambos son los colores predominan tes del planeta. Estos colores se asocian y relacionan directamente con las condiciones climáticas del planeta. En climas cálido secos, el color verde se torna en diferentes tonalidades de amarillos y cafés. En climas cálido húmedos el verde se intensifica y contrasta fuertemente con el azul del cielo y de los cuerpos de agua. El verde tiene fuertes propiedades tranquilizantes, de adaptación y de expectativas favorables. Es el color de la esperanza. Violeta. Color que se encuentra en el extremo del espectro electromagnético de la luz visible. Es el color más frío y oscuro en su valor tonal puro, es decir, sin mezclarlo con negro. Se asocia con virtudes humanas como la bondad, la espiritualidad, la humildad, la lealdad, la tolerancia y la paciencia. En relación con los colores y su influencia en el hombre se podrían mencionar más aspectos. Lo importante es su manejo adecuado, considerando diversas variables, tales como:

131


•Relación con el impacto del clima en la "piel constn:ctiva" del edificio, es decir, si es un clima cálido, el color utilizado en las fachadas deberá ser de alta reflectancia; si el clima es templado o frío, los colores de la envolvente constructiva en su exterior deben ser de baja reflectancia. •Función a realizar en el interior de los espacios, para la obtención del con fort visual y lumínico de los usuarios, a nivel cuantitativo y cualitativo. •Estética de los espacios, exteriores e interiores •Integración y combinación armónica con otros colores en las superficies constructivas •Efectos psicológico y emocional deseables •Sensación del espacio y su relación con la eficiencia en el trabajo

Parámetros fotométricos utilizados en la iluminación en la arquitectura En esta secc10n se introducen los parámetros fotométricos más comunes que se utilizan en la iluminación en la arquitectura. Los principios físicos de la luz pueden expresarse por los siguientes parámetros luminosos básicos: Intensidad luminosa Unidad básica del Sistema Internacional de Unidades. Se define como la intensidad de un cuerpo negro emisor uniforme de 1/60 cm 2 a la temperatura de fusión del platino. Se mide en candelas (cd). Todos los demás parámetros y unidades se derivan de ésta. Se define también como la capacidad de una fuente luminosa de emitir luz en una determinada dirección, medida en lumens por ángulo sólido o steradian. 5 Flujo luminoso Es la cantidad de energía radiante visible (luz), determinada por la proporción de tiempo de su flujo. Se mide en lumens (lm). Un lumen es el flujo luminoso emitido por una fuente puntual de intensidad unitaria (1 cd) en un ángulo sólido unitario. Si la superficie de una esfera subtiende en su centro 4p ( = 12.56) unidades de ángulo sólido, una fuente puntual de 1 cd emitirá un total de 12.56 lm en todas direcciones.

5 Un ángulo sólido es la porción de un espacio alrededor de un punto circundado por una superficie cónica cuyo vértex está en el punto. Se expresa en steradians. 1 candela = 1 lumen/steradian.

Iluminancia Es la cantidad de flujo luminoso (lm) que incide sobre una unidad de área (m 2), es decir lm/m 2 , que equivale a la unidad de iluminancia en el Sistema Internacional de Unidades: el lux. También, iluminancia (I) es la densidad o concentración de flujo luminoso sobre una superficie, 1 lm/m 2 = 1 lux. Es importante mencionar que la iluminancia de una fuente puntual (por ejemplo una lámpara) disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto se conoce


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como la Ley de la Inversa del Cuadrado y es aplicable cuando el plano iluminado es perpendicular a la dirección de la luz, es decir, cuando el ángulo de incidencia (b)=Ü. Así, una fuente luminosa con una intensidad de 1 cd emite un flujo luminoso total de 4p lumens. A una distancia "d", este flujo luminoso se distribuirá sobre una esfera
=

l/d2

Ley de la Inversa del Cuadrado

La intensidad luminosa y el flujo luminoso se relacionan con la Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia. La iluminancia en una superficie perpendicular a la dirección de un punto es directamente proporcional a la intensidad luminosa de la faente (cd) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente desde la superficie. Por tanto se puede afirmar que no hay pérdida de luz, sino un incremento en el área iluminada en cada cono de luz de una fuente puntual. Por ejemplo, cuando la distancia de una fuente luminosa se duplica, la misma cantidad de flujo luminoso se distribuye sobre un área que es 4 veces mayor. Esto se explica porque la dimensión de la superficie receptora se du2 plica en sus dos direcciones, y en consecuencia, la iluminancia (cd/m o lux), se reduce 25%. De manera similar, cuando la distancia se triplica, la iluminancia se reduce en una cantidad del cuadrado de 3 = 9, por tanto, la iluminancia se reduce a 119. Ésta se aplica básicamente a luz natural difusa, como el caso del cielo, sin considerar el Sol, y a fuentes artificiales, en los cuales el patrón de los rayos de luz es divergente, la cual causa una disminución en la intensidad luminosa en función de la inversa del cuadrado de la distancia. Debido a la gran distancia de la Tierra con respecto al Sol, los rayos directos provenientes del Sol llegan a la tierra en forma paralela, por tanto, la iluminancia de la luz solar directa es prácticamente constante a cualquier altura dentro de la superficie terrestre. Por esta razón, para los cálculos de la luz solar directa la Ley de la Inversa del Cuadrado no aplica. Cuando el plano iluminado se encuentra inclinado, el mismo flujo luminoso se distribuye en una superficie mayor, por lo que la iluminancia se reduce, aplicándose otra ley, la Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia de una Fuente Luminosa. La reducción de la iluminancia es proporcional al coseno del ángulo de incidencia: lb = I p x Cos b

Ley del Coseno del Ángulo de Incidencia

Donde: I p = Iluminancia sobre un plano perpendicular lb = Iluminancia sobre un plano inclinado b grados b = Ángulo de Incidencia

133


Es muy importante aclarar que para el caso de una fuente lineal de longitud infinita, la iluminancia procedente se reduce en proporción directa a la distancia y no al cuadrado de la distancia. Si procede de una fuente luminosa infinitamente grande, como el cielo, la iluminancia no varía con la distancia. Luminancia Es la medida de la brillantez o luminosidad de una superficie (1). Si una fuente luminosa de intensidad de 1 cd tiene un área de 1 m 2 (es decir, 1 cd distribuida en 1 m 2), su luminancia es de lcd/m 2, que es la unidad oficial del Sistema Internacional de Unidades para la luminancia. También se puede establecer que si una superficie completamente reflejante y difusora ( r = 1) tiene una iluminancia de 1 lux, su luminancia es 1 asb (apostilb). Ambas unidades miden la misma magnitud y se relacionan de la siguiente manera: 1 cd/m 2 = 3.14 asb. Luminancia también indica el valor de la sensación de luminosidad que el ojo humano tiene de una superficie (cd/m 2). También, el parámetro luminancia se refiere a la cantidad fotométrica y brillantez de la sensación visual subjetiva. Por tanto, la luminancia reflejada de una superficie está en función de la iluminancia sobre la superficie, así como de la reflectancia de la propia superficie. Por ejemplo, si una superficie tiene una reflectancia de 50% , y es iluminada por un flujo luminoso de 500 lumens/m 2 , es decir por 500 lux, la luminancia resultante será igual a 250 candelas/m 2 ( 500 lux x 0.5 = 250 cd/m 2 ). Reflectancia, absortancia y transmitancia de la luz La luz que incide en una superficie puede distribuirse de tres maneras: por reflexión, absorción o transmisión. Para todos los casos:

Reflectancia (R) + Absortancia (A) + Transmitancia (T)

Reflectancia Es la relación del flujo luminoso reflejado entre el flujo luminoso incidente. Las características reflectivas de una superficie que va de un acabado mate, de la cual se refleja la luz equitativamente en todas direcciones a una especular, en sólo una dirección. De una superficie de espejo convexo, los rayos reflejados son divergentes, y de un espejo cóncavo, los rayos reflejados son convergentes. Absortancia Es la relación del flujo luminoso absorbido entre el flujo luminoso incidente. Si la superficie es transparente o translúcida, parte del flujo luminoso incidente es transmitido a través del material.


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Transmitancia Es la relación del flujo luminoso transmitido entre el flujo luminoso incidente. Si el paso de la luz es bloqueado, el material se denomina opaco. Ningún material es absolutamente opaco o totalmente transparente. La transparencia del material depende de su espesor. Refracción La refracción de la luz ocurre cuando la luz entra de un medio transparente a otro distinto y cambia de dirección. Si después de pasar a través de una hoja de vidrio con superficies paralelas, el rayo de luz permanece paralelo al original, pero desplazado una cierta distancia, ocurre una doble refracción, es decir, dos refracciones de igual magnitud pero en direcciones opuestas. Temperatura de color El color de radiación puede ser designado de acuerdo a la temperatura del emisor, es decir por su temperatura de color (TC), dada en ºK. La emisón de luz de los objetos se describe en términos de temperatura de color correlacionada (TCC), es decir, la temperatura de emisión de un cuerpo negro, lo más cercano a él en apariencia. Los colores de la luz corresponden a las siguientes temperaturas de color de un cuerpo negro: Colores

Temperatura

Rojo

800-900 ºK

Amarillo

3000 ºK

Blanco

5000 ºK

Azul

8000-10 000 ºK

Azul brillante

60 000-100 000 ºK

La temperatura de color correlacionada de varias fuentes luminosas es: Fuentes de luz artificiales Vela Lámpara incandescente típica Lámpara halógena

2000 ºK 2500 ºK 3200-3400 ºK

Fuentes de luz naturales Luz natural vespertina Luz de Sol directo de mediodía Cielo nublado Cielo despejado azul profundo

4000 ºK 5500 ºK 4500-6500 ºK 60 000-100 000 ºK

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Es importante resaltar que los colores comúnmente identificados como cálidos o fríos, presentan un significado inverso en lo que respecta a su temperatura de color. Por ejemplo, el rojo presenta la menor temperatura de color, mientras que el azul frío, presenta una temperatura de color alta.

El entorno lumínico y la percepción del usuario Es indudable que el fenómeno lumínico contribuye a que los usuarios perciban el espacio y tengan conciencia de éste, por medio del registro de imágenes sucesivas, concurrentes y asociativas. Por ello, es indispensable que el diseñador genere un ambiente lumínico-visual propicio, de tal manera que las percepciones e impresiones sensoriales refuercen los patrones conductuales relacionados con las diversas actividades que realice el usuario en sus espacios. Es cierto que el sentido de la vista es esencial, ya que permite captar las relaciones espaciales y apreciar y conocer los objetos y sus detalles. Asimismo, por medio de la vista es posible determinar los procesos implícitos de orientación en el entorno físico circundante y la formación de impresiones espaciales tridimensionales. Para lograr lo anterior favorablemente, es necesario contar con condiciones óptimas de iluminación, desde los puntos de vista cuantitativo y cualitativo. Las condiciones de iluminación tienen el potencial de favorecer la apreciación del espacio y entorno circundantes y de los objetos, materiales y superficies que los componen. Es indispensable que el diseñador maneje la luz para destacar y realzar la forma de las edificaciones, sus aspectos conceptuales en las partes estructurales y constructivas. La luz en las edificaciones también puede emplearse para revelar formas e intenciones, o para ocultar, modificar y alterar geometrías y superficies, bien para sorprender y hasta imaginar y descubrir contextos inesperados en la arquitectura. Estas condiciones son altamente deseables, y con una práctica constante es posible lograr una capacitación de alto nivel en el empleo adecuado de la luz en la arquitectura.

Tipos y fuentes de iluminación en las edificaciones El Sol directo y el cielo difuso como fuentes de luz Un buen diseño de iluminación no necesariamente implica el uso de grandes ventanales. La clave es el manejo equilibrado de la luz cuantitativa y cualitativamente, en términos más amplios y sensitivos del diseño en la arquitectura. La luz natural que penetra en un espacio debe considerar cantidades adecuadas y una distribución acorde a las tareas a realizar, para satisfacer necesidades biológicas, fisiológicas y psicológicas de los ocupantes. El deslumbramiento de la luz debe controlarse y evitarse en lo posible, para asegurar condiciones confortables y placenteras desde los puntos de vista lumínicos y visuales.

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·e(frfic1os

punto de

Cjrcundanrc.s

tarea vrsual

de referencia

Componentes de la luz y su relación con la incidencia en los espacios arquitectónicos

N

w 2 1.5

s

2.5

2.s

2 LS N

Sección típica de la bóveda celeste para un cielo nublado

Características del cielo nublado. Se ilustran patrones de isoluminancias, con una distribución de 3: 1, cenit: horizonte. Por tanto, el valor máximo de luminancia se presenta en el cenit y el mínimo en el horizonte

E

Sección típica de la bóveda celeste para un cielo despejado

Características de cielo despejado. Se ilustran patrones de isoluminancias, con una distribución de 10:1, siendo el valor máximo de luminancia en la región cercana al sol y el mínimo a 90° en dirección opuesta al sol (0.5)


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Los factores que afectan el diseño de la luz natural en las edificaciones incluyen: •Tipo de fuente luminosa •Variaciones en la cantidad disponible, causadas por la posición e intensidad de la luz solar •Luminancia y distribución de la luminancia de cielos despejados, parcialmente nublados y totalmente nublados. •Efectos del entorno circundante. Edificios, elementos del paisaje, la topografía y la vegetación •Deslumbramientos y patrones de luminancia circundantes Por tanto, las estrategias de diseño utilizadas para admitir la luz natural en las edificaciones deben responder a todos los factores antes referidos. Fuentes luminosas naturales. El cielo (luz difusa) y el sol directo (luz directa) como fuentes de luz natural y su incidencia en las edificaciones y sus espacios interiores Las fuentes de luz provenientes del sol, del cielo y de superficies circundantes que inciden y se distribuyen en los espacios interiores de las edificaciones se componen de: Componente directa, Componente difusa, y Componente reflejada, externa e interna Comparado con el sol directo, el cielo difuso de la bóveda celeste imaginaria tiene un área visual muy grande y una luminancia relativamente baja. La cantidad de luz natural que proviene de un cielo difuso depende de la posición del Sol y de las condiciones atmosféricas de transparencia. La distribución de la luminancia de un cielo nublado varía según el lugar (latitud), hora del día, densidad y uniformidad del cielo difuso. Un cielo uniformemente nublado es de 2.5 a 3 veces más brillante en el cenit que en el horizonte. La luminancia del cielo en un día despejado varía con la posición del sol y la cantidad de polvo y partículas atmosféricas. Con excepción de la región inmediatamente circun-

\

' .... .... __ .... ___ _

Iluminación unilateral

\

' .... _____ .,,,.

Iluminación bilateral

/


Iluminación cenital

138

Iluminación combinada cos

dante al sol, donde la iluminancia es máxima, el cielo despejado es normalmente más brillante cerca del horizonte que en el cenit. En este tipo de cielo, la luminancia es mínima a 90° en dirección opuesta al lugar donde se encuentra el sol. El sol directo como fuente de iluminación tiene un potencial enorme. Ciertamente, el sol directo actúa como una intensa fuente colimada 6 de una temperatura placentera al ojo humano, y es capaz de proporcionar niveles de iluminancia en un plano perpendicular al sol, de 50 000 lux (en condiciones de cielo despejado, sol brillante y cielo azul intenso, con menos de 30% de nubosidad), hasta 120 000 lux (con sol directo brillante y cielo azul intenso, con menos de 15% de nubosidad). En comparación, un cielo difuso como fuente de luz tiene un potencial lumínico menor al del Sol directo, del orden de magnitud de 40 000 lux (para un cielo parcialmente nublado con 30 a 70% de nubosidad) a 5 000 lux (para un cielo totalmente nublado, es decir, con 100% de nubosidad y con un sol no visible). Ambas condiciones están presentes casi en todas las regiones y dependerá del diseñador lograr optimizarlas para ofrecer a los usuarios las mejores condiciones posibles para la adecuada realización de sus diversas actividades en su hábitat. Direccionalidad de la luz en las edificaciones La iluminación en una edificación puede provenir de la siguiente manera:

Unilateral: La distribución de la iluminación es muy irregular, siendo muy elevada en la región cercana a la ventana y muy baja en la parte profunda del espacio. El contraste de proporción de brillantez es muy alto y esto provoca falta de confort lumínico en el espacio. Bilateral: La distribución de la iluminación es más uniforme y se mejoran los niveles de iluminancia. Se reducen los efectos de excesivo contraste y brillante en las regiones cercanas a las aberturas, y esto contribuye a lograr condiciones de confort lumínico de los usuarios en el espacio.

6 Que riene la propiedad de acruar con dirección e intensidad acenruadas.

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Cenital: La distribución de la iluminación puede ser más uniforme en las zonas donde incide el flujo luminoso directo y/o reflejado de superficies secundarias. Es indispensable que se integren dispositivos de control solar y sombreado para evitar el impacto directo en las áreas donde se realicen tareas visuales, particularmente en climas predominantemente cálidos, para lograr condiciones de confort 1umínico de los usuarios en el espacio. Luz natural y su interacción en las edificaciones y el entorno urbano exterior La habilidad del hombre de integrar el uso de la luz natural en los edificios comenzó con la comprensión de los movimientos cíclicos del sol, como principal elemento del entorno circundante. La predicción de los periodos de asoleamiento y su modificación por efecto del clima formaron la base de las actividades diurnas y estacionales del hombre. Los ciclos rítmicos del sol fueron establecidos por nuestros antepasados en múltiples monumentos ceremoniales, relojes o marcadores solares y estructuras cotidianas, diseñadas para relacionar de manera particular tales proceso rítmicos y las condiciones climáticas locales resultantes. La alianza y la armonía del hábitat tradicional del hombre con el ambiente natural ha permitido lograr un albergue bien iluminado y térmicamente responsivo, que los constructores con sentido común han desarrollado para propagar una arquitectura tradicional que ha pasado de una generación a otra hasta nuestros días. Sin embargo, esta arquitectura, caracterizada por integración armónica con el ambiente natural, aplicada con sentido común, lamentablemente ha desaparecido en las diversas regiones del planeta, y sus ventajas y beneficios se han ignorado casi en su totalidad. El objetivo principal de un sistema lumínico es proporcionar la adecuada visibilidad para la óptima realización de las diversas tareas visuales de los usuarios en sus espacios arquitectónicos, de tal manera que puedan llevar a cabo sus actividades con condiciones de confort lumínico y visual, y lograr niveles óptimos de eficiencia y productividad en las tareas a realizar. Para lograr una iluminación adecuada, es indispensable contar con niveles de luz suficientes (cantidad de luz) y con las características apropiadas (calidad de la luz). Se pueden tener sistemas lumínicos con luz incidente directa o bien reflejada de superficies circundantes (fuentes secundarias de luz), considerando su color, tono, textura, reflectancia lumínica, tamaño, geometría y ubicación, entre otras. A nivel estación de trabajo, el buen funcionamiento de un determinado sistema lumínico natural debe proporcionar una eficiente comunicación de datos visuales precisos, de información específica requerida, de tal forma que se pueda lograr un conocimiento global interactivo que contribuya a la realización de las tareas visuales del usuario en condiciones lumínicas óptimas, tanto cuantitativa como cualitativamente.


140

Además de ofrecer confort visual y lumínico a los usuarios en sus espacios, la luz y, en particular, el sistema lumínico resultante tienen un efecto psicológico. En efecto, el aspecto de un entorno lumínico en un espacio depende de la intensidad, color, ubicación, distribución, tamaño, entre otros. En términos generales, niveles elevados de iluminancia estimulan y proporcionan hiperactividad a los usuarios, mientras que niveles bajos favorecen el relajamiento, el descanso, la privacidad, la intimidad y hasta la somnolencia. El color de la fuente luminosa también le da una dimensión muy particular al enfoque del diseño de los espacios arquitectónicos. Es incuestionable que los usuarios responden emocionalmente a su entorno físico, y el color es uno de los principales factores que determinan cómo se perciben los espacios. Con base en el manejo del color de la iluminación es posible modificar la percepción del color de las superficies de los objetos y del espacio mismo. El diseñador puede lograr un efecto determinado en un ambiente de un espacio edificatorio con el manejo del color, ya que los usuarios relacionan y asocian los atributos cromáticos de los colores con objetos, experiencias, sitios, situaciones y, sobre todo, con emociones, remontándose inclusive a través del tiempo. Lo antes mencionado debe considerarse en todo proyecto arquitectónico, y al usuario asignársele un valor intrínseco como ser psicofisiológico con todas sus cualidades emocionales y espirituales implícitas. Desde el punto de vista psicológico, la luz también afecta diversos aspectos del usuario, tales como eficiencia y productividad en el trabajo, ritmos biológicos, estado de ánimo, sensación de bienestar y sobre todo tiene una relación directa con los estados de salud. Los cien tíficos han identificado cuatro factores claves que tienen influencia sobre los efectos de la luz en los seres vivos: •Intensidad •Duración •Sincronización •Distribución espectral Cada uno de estos parámetros influye en los ritmos biológicos tales como: sueño, vigilia, apetito y temperatura corporal tanto en los seres humanos como en los animales. Otro de los mecanismos clave en este movimiento de reloj interno es la secreción durante periodos de oscuridad de una hormona llamada melatonina, que se localiza en el cerebro, cerca de la glándula pineal. En lugares de latitudes altas, la falta de luz natural en invierno es un serio problema que afecta severamente a los usuarios que permanecen mucho tiempo intramuros, y provoca serios problemas psicofisológicos, sobre todo con severas manifestaciones depresivas. Esta alteración se conoce con el nombre de desorden afectivo estacional. Una solución efectiva a este problema es la exposición a luz, preferentemente, natural para suprimir la secreción de melatonina y así sincronizar y regular los ritmos biológicos corporales, que influencian los

141


ciclos de sueño y vigilia, apetito, etcétera; y que se relacionan directamente con nuestra salud, productividad, estado de ánimo y niveles de energía corporal. En lugares ubicados en latitudes cercanas a los polos, la falta de luz natural en invierno es un serio problema que afecta a la población. Por lo que respecta a los diversos espacios arquitectónicos y urbanos de un entorno, un diseño lumínico óptimo debe establecer una sensación de dirección visual, de perspectiva y enfoque de los objetos circundantes. La percepción subjetiva del espacio visual, está relacionada con los diversos patrones, niveles y rangos de luminancia o brillantez de las superficies y objetos iluminados, al igual que con su conformación y organización. Por lo que concierne al color de la luz, es importante mencionar que los cambios de éste pueden modificar y alterar los juicios subconscientes relacionados con las condiciones del ambiente general del entorno físico que el usuario percibe, tanto a nivel arquitectónico como urbano. Por otra parte, la percepción tridimensional de las formas arquitectónicas y urbanas y de su textura, depende del tipo, cantidad, ubicación y distribución de la luz incidente. Por medio de la combinación de luminancia y sombra de los volúmenes arquitectónicos se contribuye a obtener influencias visuales estimulantes, acentos y realces de brillantez de superficies, entre otros efectos. En áreas sombreadas se puede proporcionar descanso visual y estimular el interés por los espacios circundantes del entorno de los usuar10s. Criterios para el manejo de índices de reflectancia en las superficies de la envolvente constructiva intramuros en relación al género de edificio y al clima Es recomendable que el color de muros y, sobre todo, del plafón tengan valores altos de reílectancia para contribuir al ahorro de energía y confort visual y lumínico de los usuarios en sus espacios. Este criterio debe considerar el género de edificación y el clima, así como el tipo de sistema de iluminación eléctrica a utilizar. Se sugiere que el sistema de luminarias a utilizarse se integren armónicamente a los criterios de diseño de la luz natural que se introducirá a los diversos espacios de una edificación. En términos generales, para ahorro y uso eficiente de la energía, y para obtener condiciones óptimas de confort lumínico y visual para los usuarios, se recomiendan los siguientes valores de reflectancias en muros, plafones y pisos: Criterios para el manejo de índices de iluminancias y reflectancia en diversos géneros de edificaciones Los criterios de los índices de iluminancia y reflectancia para diversos géneros de edificaciones se basan en las tareas visuales a realizar y en otros factores como la edad del usuario y el carácter del edificio en estudio. Se consideran como valores mínimos recomendables de iluminancias los indicados en las Tablas a y b, y de coeficientes de reflectancia en las Tablas c y d.

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Tipo de edificación y tarea visual

Nivel de iluminancia recomendable (Lux)

Áreas generales en edificaciones: (corredores, áreas de circulación,toilets, etc.) (Escaleras, etc.) Tiendas de ensamblaje Tareas visuales de trabajo Tareas visuales de trabajo Tareas visuales de trabajo Tareas visuales de trabajo

rudo moderado fino (electrónica y ensamble de maquinaria) muy fino (ensamble de instrumentación)

100 150

300 500 750 1500

Fábricas textiles Presión, planchado Costura Inspección

500 750 1000

Oficinas Archivo Salas de conferencias Trabajo de captura de daros, en unidades de cómputo, etc. Espacios profundos en plan abierto Salones y talleres de dibujo

200 300 500 750 1000

Edificios educativos Talleres, bibliotecas y salones de lectura Salones de clase Salas de conferencias Trabajo de captura de datos, salones de cómputo Laboratorios, salones de arte, gimnasios Salones y talleres de dibujo

300 500 500 500 500 750

Edificios educativos Talleres, bibliotecas y salones de lectura Salones de clase Salas de conferencias

300 500 500

Tiendas y centros comerciales Tiendas convencionales Tiendas de autoservicio y salas de exhibición Supermercados y tiendas de departamentos

300 500 750

Tabla a. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios

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Tabla b. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios

Tipo de edificación y tarea visual


Nivel de iluminancia recomendable (Lux)

Edificios públicos Cines: Auditorio Foyer

150

Teatros y salas de conciertos Auditorio Foyer

100 200

Museos y galerías de arte Obras de arte sensitivas a la luz Obras de arte no sensitivas a la luz

150 300

Edificios religiosos Nave Coro, altar, púlpito

300

Edificios habitacionales Recámaras: General Cabecera de la cama

50 200

50

100

Baños: General Área de maquillaje y afeitado

500

Salas: General Lectura, costura

100 500

Comedor: General Comida

300

Escaleras

100

Cocinas: General Áreas de trabajo

300 500

100

100

144


Espacios Edificios habitacionales Sala Comedor Recámaras Baños Circulaciones

Plafón

Muros

Coeficientes

de

Pisos

r e f 1 ectancia

0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

0.75-0.85 0.75-0.85 0.75-0.85 0.60-0.85 0.75-0.85

0.10-0.75 0.10-0.75 0.25-0.75 0.50-0.85 0.50-0.85

Edificios de oficinas Archivo y área administrativa Salas de conferencias Privados Áreas de cómputo Talleres de dibujo Baños Circulaciones

0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

0.75-0.85 0.75-0.85 0.75-D.85 0.60-0.85 0.75-0.85 0.60-0.85 0.75-0.85

0.30-0.75 0.30-0.75 0.30-D.75 0.30-0.75 0.30-0.75 0.60-0.85 0.60-0.85

Edificios educativos Talleres, bibliotecas y salones de lectura Salones de clase Salas de conferencias Baños Circulaciones

0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

0.75-0.85 0.75-0.85 0.75-0.85 0.60-0.85 0.75-0.85

0.30-0.75 0.30-0.75 0.30-0.75 0.60-0.85 0.60-0.85

Color en superficie Yeso con pintura blanca mate Amarillo claro Amarillo ocre

Café Azul cobalto y verde cromo Verde pasto

Coeficiente de reflectancia

0.85 0.75 0.50 0.30 0.15 0.05

Tabla c. Coeficientes de reflectancia mínimos recomendables en superficies constructivas en algunos géneros de edificios

Tabla d. Coeficientes de reflectancia en superficie constructivas típicas


145

Iluminación eléctrica y su integración con la luz natural en la arquitectura La iluminación en la arquitectura hasta antes del surgimiento de la lámpara incandescente se caracterizaba por el uso casi exclusivo de la luz natural, complementándose con algunas fuentes luminosas como las lámparas de aceite, velas, etcétera. Es a partir de los descubrimientos casi concurrentes de Swan en Inglaterra y Edison en EUA, a finales del siglo XIX, que la luz artificial, en forma de bombillos eléctricos, comienza a ser utilizada en la arquitectura y para iluminar espacios de uso exterior. De esta manera, se extienden los periodos de actividad del hombre y se inicia una serie de desarrollos en la tecnología de la iluminación, que en la última década ha sido impresionante. En la actualidad, la nueva tecnología de sistemas de iluminación eléctrica se caracteriza por: •El ahorro y uso eficiente de la energía •El proporcionar confort y calidad visual a los usuarios en sus espaoos •Integración armónica con la provisión de luz natural •Compatible con criterios de Sustentabilidad Esta situación ha contribuido a tener un enfoque integral en el manejo de la iluminación en la arquitectura. Con base en esta premisa, el objetivo fundamental se orienta a la integración armónica de la luz natural con la luz eléctrica, aplicando criterios de ahorro y uso eficiente de la energía y de sustentabilidad, para obtener un mejoramiento de la economía, el ambiente y la calidad de vida. En la elección del tipo de lámpara a utilizar, es importante tener en cuenta que existen cuatro tipos de sistemas lumínicos de la tecnología de la iluminación actual: •Sistemas •Sistemas •Sistemas •Sistemas

de de de de

iluminación incandescente iluminación fluorescente iluminación de alta intensidad de descarga diodos emisores de luz (LEDS)

Por otra parte, para seleccionar el tipo de luminario (se compone de: lámpara, gabinete, control electrónico y control óptico) a utilizarse en un proyecto lumínico, es importante conocer, como complemento a los ya descritos, los siguientes parámetros 1umínicos:

Eficacia luminosa: Indica con qué rendimiento es transformada en luz la potencia eléctrica consumida. Unidad: Lumen/Watt.

Flujo luminoso: Indica cuánta luz en total despide una lámpara en todas direcciones. Unidad: Lumen.


Intensidad luminosa: Indica la intensidad de luz que sale de una lámpara o de un luminario en una determinada dirección. Unidad: Candela. Temperatura de color: La temperatura del cuerpo negro o radiador

de Planck, a la cual se asemeja el tono de luz de la fuente. Indica la tonalidad o apariencia de una fuente luminosa. En términos generales las fuentes luminosas pueden clasificarse como: fuentes de luz con tonalidad cálida, neutra y fría. U ni dad: (ºK). Índice de rendimiento cromático o reproducción cromática: Es un valor que indica hasta qué punto la reproducción cromática de la luz emitida por una fuente luminosa coincide con la luz de una radiación de Planck en la misma temperatura de color. Es decir, cuál es la capacidad de una fuente 1uminosa para reproducir los colores como son en la realidad, al observarse

bajo la luz natural del día (generalmente, como referencia, al mediodía solar, al nivel del mar). Unidades: Porcentaje (%).

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Colectores solares para calentamiento de agua doméstica

1 En julio de 2000 el costo del barril de petróleo brent se ubica en 28 dólares por barril, en comparación con los 12 dólares que tenía en julio de 1999. Esto significa un aumento de más del 130% que aún no se ha visto reflejado en los precios de energéticos dométicos e industriales. Sin embargo, en el mes de junio del 2000, los países europeos se vieron forzados a incrementar el costo de sus gasolinas en 8%. Fuente: diario Excelsior, sección financiera, julio 14, 2000. 2 Marco Sala y Paola Gallo, Municipal Initiatives far Promoting the Use ofRenewable Energy. PLEA, Kushiro, Japón, 1997. 3 A modo de ejemplo véase Yshio Ogosu, Relatiomhip between

Actual Energy Consumption far Heating!Cooling and Calculated Results, PLEA, Kushiro, Japón, 1997. En el que se revisan ocho casos de estudios de ciudades en Japon.

Los colectores solares son sistemas de conversión de energía muy simples. Se descubrieron en las primeras civilizaciones debido al evidente poder energético de la radiación solar. Los primeros colectores solares propiamente dichos surgen en Francia en el sigloxvm, y son conocidos como cajas calientes. Su fundamento físico consiste en colocar un fluido -generalmente aguaen un recipiente y producir un calentamiento acelerado por medio de una superficie translúcida en la parte superior expuesta al sol, un captador de color oscuro en su interior y una capa aislante en los otros lados del recipiente. El llamado "efecto invernadero" incrementa la temperatura al interior del recipiente y por lo tanto del fluido. Aunque en el siglo XIX se desarrollaron sistemas eficientes, fue hasta la cns1s energética de los años setenta cuando los sistemas solares tuvieron un auge asombroso, y un gran número de técnicos y fabricantes inició la investigación en sistemas económicos y confiables, así como la producción industrial de los mismos. Desdichadamente, el control del precio de los combustibles fósiles por parte de los países industrializados ha desalentado el empleo de sistemas de calentamiento de agua solar en esos países y promovido el empleo del gas y la electricidad como fuentes energéticas. Aun cuando el reciente aumento en el precio del barril de petróleo demuestra que estos combustibles subirán de precio toda vez que es un energético no renovable cuya disponibilidad es incuestionablemente finita. 1 Sin embargo, en los países templados y con escasos recursos económicos como México, es importante promover el empleo industrial y doméstico de sistemas de calentamiento solar, ya que son fuente disponible de energía a muy bajo costo y en cantidades suficientes. Para ello es necesario establecer políticas y estímulos que permitan su implementación a nivel de gobierno local, estatal y federal. Asimismo, los medios de comunicación y difusión jugarán un papel determinante para erradicar los mitos y conocer con mayor profundidad este tipo de sistemas. 2 En los foros técnicos tanto internacionales como nacionales, el tema de colectores solares planos ha sido revisado y evaluado a profundidad, demostrándose en múltiples experiencias en laboratorio y en programas piloto su factibilidad de uso, limitaciones y consideraciones especiales. 3


150

El objetivo central de esta sección es presentar algunos de los conceptos más importantes relacionados con los colectores solares para el calentamiento del agua de uso doméstico en México, enunciar sus limitaciones (por región, por ubicación y por demanda) y determinar su factibilidad de uso.

¿Qué es un sistema de calentamiento solar? Un sistema de calentamiento solar es un dispositivo de transferencia y almacenamiento de energía. Está compuesto por dos elementos. En primer lugar, por un colector solar, que es por una caja sellada y aislada, con una superficie translúcida y una superficie receptora por donde circula un fluido de trabajo que en las versiones más sencillas es agua. El segundo componente del sistema es el elemento de almacenamiento. Los sistemas comerciales más comunes son los que tienen un colector y un tanque de agua aislado o termotanque. Sin embargo, en los últimos años se ha intensificado la investigación sobre los llamados sistemas autocontenidos, es decir aquellos en los que el colector es al mismo tiempo el elemento de almacenamiento.

¿Cómo funciona un colector solar? La energía solar es recibida en forma radiante, ésta incide sobre la superficie translúcida que permite el paso de las longitudes de onda en el espectro visible. La cantidad de energía disponible en esta fase está en función de la intensidad de la radiación, el ángulo de incidencia con respecto a la superficie translúcida y sus características fisicoópticas. Una vez que la radiación ha ingresado al colector solar ésta calentará un elemento absorbedor que puede ser metálico o plástico y que presenta un color oscuro con la finalidad de tener la mayor absortancia posible. En este punto la energía radiante calentará a la superficie y cambiará de longitud de onda. La superficie translúcida de la cubierta es opaca para las longitudes de onda en el infrarrojo, por lo que quedará atrapada en el espacio interior del colector, presentándose el llamado efecto invernadero. En esta parte del proceso los valores críticos son la transmitancia de la superficie translúcida, el número de capas de material translúcido, la absortancia y la emitancia del acabado del captador, el volumen de aire interior dentro del colector, la resistencia térmica del aislante en las superficies laterales y en el fondo del colector y el control de infiltraciones de aire entre los diferentes materiales que conforman la caja del colector. Cuando la radiación calienta la placa y el aire, en el interior del colector, esta energía térmica se debe transferir al agua. Una de las soluciones más comunes es construir un peine de tubos interconectados por medio de dos tubos de mayor diámetro. A los tubos del peine se le adaptan aletas de diferentes materiales con el objeto de aumentar la superficie expuesta al sol. Una vez hecho esto se produce una circulación del fluido por el peine. Esta etapa es crítica para la eficiencia, y algunas

15 1

Colectores solares

de las variables mas importantes son: la conductancia de los tubos y las aletas, el material y espesor de la pared del tubo y de las placas, el diámetro y número de tubos, la longitud del peine y la velocidad de circulación del fluido. Una vez que se ha calentado el fluido (agua), la última etapa del sistema consiste en conducirlo a un depósito, de tal forma que pueda ser usado cuando se le necesite. Este depósito generalmente es un tanque aislado o termotanque. Cuando es posible, se procura que la circulación del fluido se genere de manera natural por el llamado efecto de termosifón, de otro modo se emplea un sistema de bombeo para circular el fluido. En esta etapa los factores críticos son los diámetros de los conductores, la distancia de las líneas y la altura al termotanque, el aislante de los tubos, la velocidad de circulación del fluido, la capacidad del tanque y el tipo de aislante. Un sistema correctamente diseñado e instalado producirá agua caliente a temperaturas adecuadas. Pero otra etapa crítica del colector será el empleo y mantenimiento por parte de los usuarios. Ya que la fuente energética del sistema está disponible en cantidades variables durante casi la mitad del tiempo (10 horas de 24 diarias) el consumo de agua caliente debe ser racional y adecuado al sistema instalado. Factores importantes en esta etapa son: la cantidad de agua caliente consumida, el horario de uso y el mantenimiento del sistema, incluyendo en la limpieza de la superficie translúcida.

Factores climatológicos La intensidad de la radiación solar depende a su vez de muchos factores: en una primera instancia, de los movimientos aparentes del Sol a lo largo del año y del día, lo que determina las estaciones y las horas. El continuo movimiento del Sol hace que la orientación e inclinación del colector afecten la cantidad de energía que recibe. Adicionalmente otros factores como la nubosidad y las partículas suspendidas en el aire disminuyen la cantidad de radiación solar. La topografía y los elementos del entorno, tales como edificios, anuncios, autopistas y tanques de agua alteran los patrones de asoleamiento que recibe un sitio y pueden reducir significativamente la cantidad de radiación que recibe el colector. La temperatura del aire tiene un papel fundamental en el desempeño de un calentador solar, ya que afectará el balance térmico del sistema al determinar las pérdidas por conducción a través de las paredes laterales y el fondo del colector; pero, sobre todo, es un factor determinante para la temperatura de entrada del agua al sistema. Ésta es almacenada en tanques o depósitos no aislados. Dado que el agua tiene una capacitancia alta, podemos asumir que la temperatura de entrada del agua fría será muy cercana a la temperatura promedio del aire durante ese día. Por tanto, en los lugares con temperaturas ambiente promedio elevadas será más fácil obtener temperaturas útiles de agua caliente.

Introducción a la Arquirecrura Bioclímáríca

152

Otro elemento climatológico crítico para los colectores solares es el viento. Debido a que los sistemas se colocan en general en las azoteas o en lugares elevados, están expuestos a corrientes de aire. La intensidad y dirección del viento pueden incrementar las perdidas convectivas, particularmente a través de la superficie translúcida, por lo que es importante estudiar los patrones microclimatológicos del viento y, de ser necesario, establecer barreras o elementos de control que lo mitiguen sin que se obstruya la exposición del colector al sol. La colocación de los colectores y su inclinación será determinante para el ángulo de incidencia con respecto a la superficie translúcida. Por regla general la inclinación de los paneles debe ser la misma que la latitud del lugar; sin embargo, esta consideración puede modificarse por obstrucciones inmediatas, corrientes de viento, patrones diarios o estacionales de nubosidad y radiación y otras características particulares del sitio donde se instalen.

Superficies translúcidas Las características fisicoópticas de las superficies translúcidas variarán en función del material empleado. Casi siempre se emplea vidrio arquitectónico, pero éste viene con espesores de 3, 4, 4.5, 5 y 6 mm (los más usados) y con diferentes composiciones en sus cristales. 4 También se han empleado con cierta frecuencia láminas de fibra de vidrio o acrílicos. Sin embargo, estos materiales resinosos tienen la desventaja de su fácil deformación a la temperatura. La transmitancia de cada uno de ellos varía en función de su composición y su espesor. Debemos recordar que para que los fenómenos de transferencia de calor se presenten en el interior del colector, la energía radiante debe traspasar la cubierta. Mientras más transparente sea a la radiación (mayor transmitancia) es posible obtener temperaturas más elevadas. También se ha demostrado que la parte más débil, desde el punto de vista de las pérdidas caloríficas de un sistema de colector, es precisamente la cubierta translúcida, debido a que estos materiales presentan espesores muy pequeños (de unos cuantos milímetros), lo que favorece las pérdidas por convección (de fluido a fluido). Por ello, con frecuencia los colectores para agua doméstica tienen doble cristal, permitiendo con ello una cámara de aire hermética intermedia. Con esta medida se puede incrementar la eficiencia para temperaturas en el rango de 40ºC a 80°C; siempre y cuando la transmitancia de cada una de las superficies sea alta (85% o superior). En los experimentos realizados en el Laboratorio de Arquitectura Bioclimática de la UAM-A, así como en la bibliografía especializada, se ha demostrado que la eficiencia del sistema disminuye si en lugar de dos capas de vidrio se emplean tres o más, debido que el efecto global de la reducción de la radiación es más importante que la reducción de pérdidas del sistema. Esto se comprende fácilmente si comparamos:

4 Véase el trabajo Características del Vidrio en México, en el Anuario de Estudios de Arquitectura Bioclimática, Vol. 11, México, UAM, 1998.

Colectores solares

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Transmitancia del vidrio 5

capa

2 capas

3 capas

3mm

.85

.7225

.6141

5mm

.82

.6724

.5513

6mm

.80

.6400

.5112

Características de la caF El volumen de aire interior dentro del colector es un parámetro importante, dado que el aire que contiene se debe calentar y parte de este calor será transmitido al absorbedor. De manera normal, contendrá aire, sin embargo se han hecho experimentos que lo sustituyen por gases con menor conductividad térmica como el Argón. Se debe tomar en cuenta que los gases al calentarse se expanden, por tanto existirá una presión positiva del interior. Esta presión hace que falle el sello hermético que debe existir si se emplean productos como los silicones. Por ello, una posibilidad es colocar un vaso de alivio que permita mantener presiones constantes entre el interior y el exterior. Asimismo se debe establecer un sello flexible entre las tuberías de alimentación y salida con los diferentes materiales que conforman la caja del colector. También se debe poner atención a la resistencia térmica del aislante en las superficies laterales y en el fondo del colector. En lo particular se debe evitar el contacto de la placa con aislantes del tipo de la espuma de poliuretano o "unicell", ya que estas espumas se vuelven inestables a temperaturas relativamente bajas (desde los 80ºC), por lo que las paredes de las celdas se rompen liberando los gases que contienen las celdas. Este fenómeno es fácilmente detectable en forma de una película amarillenta que condensa al interior de las superficies translúcidas.

Características del absorbedor

5 Valores promedio comerciales para vidrio arquitectónico. Estos valores pueden cambiar significativa1nen te

dependiendo de la procedencia y composición de los cristales.

El captador es el corazón del sistema. De su diseño y construcción depende la eficiencia y resistencia del colector. Existen dos consideraciones de igual importancia en el absorbedor. Por una parte, su construcción en cuanto a materiales y diseño geométrico y, por otro lado, su acabado. Los absorbedores se hacen con frecuencia de tubos de cobre comerciales. El cobre es un buen conductor y se encuentra en diversos diámetros, así que es un material idóneo. Dentro de las variables posibles está el número de tubos, su diámetro y la separación entre ellos. A mayor número de tubos y/o mayor sección habrá menor resistencia a la circulación, lo que facilitará la circulación del agua y el intercambio de calor.


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Para reducir el costo manteniendo TEMPERATI.JRA DEL COLECTORVS. CONSUVIO una buena eficiencia, entre los tubos se fIÍPICOS) colocan placas metálicas. Estas placas pueden ser de acero, acero galvanizado, aluminio o cobre. Los dos últimos metales tienen una excelente conductancia, sin embargo son costosos, por lo que muchos fabricantes emplean acero. En este sentido es importante el espesor de las aletas. No basta con que sean de un buen conductor, también deberán tener ;i24 un espesor adecuado, para que su sección 18-;J 1416 transversal tenga un área suficiente para hacer 12 10 8 hcras una conducción optima desde la aleta al tubo. 6 Otro punto de importancia es la forma o de unión entre el tubo y la aleta. Ésta debe abrazar al tubo y tener el área de contacto lo más grande posible. Las uniones se pueden hacer mecánicas o soldadas. En el primer caso es importante que exista gran precisión en la unión. En la segunda alternativa, la soldadura deberá de correr a todo lo largo del tubo y tener un espesor pequeño y uniforme. Sin embargo en esta última se presenta el inconveniente de que las soldaduras comunes estaño-plomo tienen temperaturas de fusión bajas que pueden presentarse en el interior del colector, por lo que es recomendable usar soldadura estaño-plata (de empleo común para instalaciones de calentadores de gas). El otro elemento importante del absorbedor es su acabado. Se trata de conseguir cualidades ópticas de la superficie que permitan absorber la mayor cantidad de energía (absortancia). Es claro que si se trata simplemente de pintar el absorbedor deberemos usar pinturas negras u oscuras, con acabado mate. Aun cuando el color negro es el más eficiente (aproximadamente 90%) otros colores como el rojo tienen absortancias elevadas (85%). Pero no basta que absorba bien la energía, en lo posible debe ser un acabado que pierda energía con dificultad. A esta propiedad se le conoce como emitancia del captador. Lo que buscamos es un buen receptor pero un mal emisor de energía. Estas características se presentan en las llamadas superficies selectivas. Existe una gran variedad de ellas, en función del material sobre el cual se aplican. La más conocida es el proceso de galvanizado, que produce sobre el acero una superficie selectiva medianamente eficiente (a=. 75, e=.40). Sin embargo, la mejor superficie conocida es el llamado cromo negro, que es un acabado por electrodepósito que permite una absortancia del 87% y una emitancia del 20%. Con ello se obtienen temperaturas más altas. El inconveniente es que tiene un costo elevado y su proceso debe ser cuidadosamente controlado para asegurar una permanencia adecuada en el material.

Colectores solares

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Villa Solar, núm.3, Competencia PLEA 88 Lykovryssi, Grecia. Arquitecto A. Tombazis. Vista desde la Plaza de Acceso

Características del termotanque

JARROS DE AIRE TINACO

SALIDA DE AGUA CALIENTE

La función del termotanque es contener un fluido caliente (agua) y evitar al máximo las pérdidas de energía. Para ello, el termotanque debe ser un depósito hermético con una válvula de alivio o un jarro de aire. El agua se calienta cada vez que hay sol y circula por el colector, mientras más veces circule el agua más alta será la temperatura. Por ello, la velocidad de circulación del agua y su distribución uniforme en el colector son muy importantes. Un fenómeno conocido es el llamado termosifón. Éste consiste en que un líquido recipiente expuesto a una fuente energética se calentará, perderá densidad y circulará sin necesidad de bombas por los duetos de un sistema hasta la parte más alta, siempre y cuando no encuentre cambios de dirección descendentes o puntos donde se pueda acumular aire. El volumen desplazado será reemplazado por líquido a menor temperatura. Mientras que exista una fuente de calor la circulación natural del agua se producirá de manera constante. Este fenómeno es muy útil para los colectores solares con termotanque, ya que


permite que el agua caliente sea almacenada en el depósito cuando éste se coloca en la parte más alta del circuito de circulación. Sin embargo, existen varios factores que deben ser tomados en cuenta. En primera instancia el termosifón produce un movimiento muy suave y lento del fluido, de ninguna manera equivalente al flujo de una bomba para agua, por lo que los tubos deberán ser del mayor diámetro, con el menor número de codos, cambios de dirección y con la menor longitud posible. Es de importancia crítica que no exista ninguna parte del recorrido donde se pueda acumular aire o vapor, ya que esto reducirá o detendrá totalmente el termosifón. Debemos recordar que el agua, aún al ser ligeramente calentada, libera vapor que se acumulará en las partes más altas de la tubería. Otro aspecto importante es aislar térmicamente las líneas de alimentación y salida entre el colector y el termotanque, ya que el agua fluirá con constancia por ellas y su enfriamiento afectará a la temperatura del sistema. Desde luego, la temperatura de operación se dará en una relación entre la superficie de colector expuesta al sol y el volumen de agua a calentar. Una superficie muy grande con un volumen muy pequeño de agua la hará hervir, con lo que la presión y la temperatura interior se elevarán peligrosamente, pudiendo estallar el tanque o las tuberías o generar vapor a presión en las salidas de agua caliente, que produce quemaduras severas en la piel. Esto ha ocasionado que en algunos lugares (EUA) sea obligatorio instalar válvulas de regulación de temperatura en los sistemas solares, lo que incrementa el costo del sistema, pero aumenta su seguridad. Una superficie de colector muy pequeña con un tanque muy grande proporcionará temperaturas de operación demasiado bajas aún en días soleados. Dada nuestra temperatura corporal, el agua caliente debe de salir del tanque cuando menos a 40ºC para poder ser usada con comodidad.

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Corte esquemático transversal

Corte esquemático longitudinal

Colector solar de tubo y aleta

~rio2

Vidrio 1

t-

~sorbedor

Aislante

t-

Caja

f-

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6 Aníbal Figueroa ha colaborado desde 1986 a la fecha en la instalación de ocho equipos domésticos en casas habitación de la Ciudad de México, Cuernavaca, Tepotzorlán, etc. de los cuales seis continúan funcionando regularmente sin ningún problema.

Colectores solares

En México es común encontrar termotanques de 300 litros; sin embargo, en nuestra experiencia 6 un tanque de 70 litros funciona perfectamente bien para dos personas y uno de 120 litros puede alimentar a una familia de 4 personas. Es importante tomar en cuenta que el agua pesa mucho (1 kilo por cada litro más el peso del tanque) por lo que su ubicación y colocación deberán ser calculadas correctamente. Los tanques pueden ser de lámina galvanizada, fibra de vidrio o plásticos reforzados. Sólo son recomendables los primeros, pues tanto la fibra de vidrio como los plásticos tienden a deformarse a tempera turas tan bajas como 60ºC, con lo que presentarán fugas y múltiples problemas de mantenimiento. En el caso de los tanques galvanizados, éstos deberán incluir una varilla de manganeso para evitar la corrosión catódica. Este fenómeno se presenta en cualquier fluido en movimiento que entre en contacto con metales. El fluido se cargará eléctricamente y acelerará los procesos corrosivos de los materiales blandos, como es el caso del zinc empleado en el galvanizado. El tanque siempre debe tener una válvula de alivio o jarro de aire, ya que la temperatura del agua puede llegar al punto de ebullición. Debemos recordar que los colectores funcionan con una fuente energética que a nivel de la superficie de la tierra tiene una intensidad variable, así que no podemos "apagar" el sol. Una vez que el sistema entra en funcionamiento lo hará de manera continua, por ello en los días soleados y calurosos es posible que el agua alcance el punto de ebullición, que puede ser tan bajo como 88ºC en función de la altitud del lugar. Nuevamente el aislante empleado en el tanque debe garantizar su eficiencia. Éste debe ser poco conductor y de un espesor suficiente. Los mejores aislantes actuales disponibles para tanques son las espumas de poliuretano expandido de alta densidad. Dado que en el tanque la temperatura siempre será menor que en el colector, el riesgo de daño térmico al aislante es mínimo. Recientemente se han encontrado en el mercado algunos calentadores eléctricos de facbricación nacional (para exportación) que resultan excelentes como termotanques por tener la salida y entrada de agua en forma lateral y una tercera perforación lateral para el dren de sedimentos. Sin ninguna modificación, estos calentadores pueden cumplir la función de termotanque con la ventaja adicional de contar con una resistencia eléctrica que puede calentar el agua o complementar su calentamiento en días en que la operación no sea satisfactoria. Pero tal vez sus mejores características sean un riguroso control de calidad, un buen aislante y un costo de menos de la mitad de los termotanques especiales, lo que garantiza una larga operación sin problemas con un costo muy razonable.

Operación y mantenimiento Un colector solar bien hecho es una instalación extraordinariamente confiable, absolutamente silenciosa (uno por lo regular se olvida de que está funcionando),


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con mínimo mantenimiento y asombrosos ahorros económicos. Nunca se le "acaba el sol", no tiene partes móviles, por lo que no hay que engrasar ni cambiar nada, no tiene ningún botón o perilla, por lo que no tiene nada que ajustársele. Los colectores solares se han usado durante varias décadas de manera masiva en lugares como Israel, Japón y Grecia; países que comparten características de climas no muy severos y falta de petróleo. Los sistemas han funcionado muy bien en cientos de miles de hogares. Para ello debemos recordar que un colector solar no es un calentador de gas o eléctrico y por tanto no puede ser usado de la misma manera. En primer lugar, el agua caliente no debe ser desperdiciada, por lo que es recomendable instalar regaderas ahorradoras de agua y cuidar su uso en el lavado de ropa y trastos. En días soleados un tanque de 70 litros se recupera totalmente en menos de dos horas. Por lo que otro requisito necesario es que los usuarios deben procurar que el mayor consumo de agua caliente se dé en la mañana, cuando el sistema dispone de muchas horas para recuperarse. Si extraemos toda o casi toda el agua caliente en la noche, a la mañana siguiente el agua estará fría. En días nublados y fríos, como los de invierno, la temperatura del sistema bajará sensiblemente. Seguirá funcionando (incluso con mayor eficiencia) pero habrá menos energía para convertir. Un sistema bien diseñado debe funcionar todos los días del año, pero en estas situaciones poco favorables el consumo de agua se deberá reducir al mínimo y procurar hacerlo al finalizar la tarde cuando su temperatura será máxima. Las heladas y las nevadas son enemigos de los colectores. Si se llega a congelar el agua en las tuberías éstas estallarán. En lugares con heladas frecuentes y prolongadas los colectores se deben drenar para evitar su congelamiento. No existe ningún problema si la temperatura baja por una o dos horas por debajo de cero, pero una exposición prolongada destruirá el colector. Otro enemigo natural

izq. Centro Comunal Miyasaka, Miyasaka, Japón Arquitectos: Nozawa, Masamitsu Architects and Associates. Detalle de la instalación de la cubierta, obsérvese que una parte funciona como colector y la otra como reflector der. Axonométrico del sistema de colecrores solares de la cubierta

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Colectores solares

de estas instalaciones son los huracanes y ciclones, ya que vientos huracanados tienden a desprenderlos, lanzarlos por los aires y destruirlos, así que lugares con este tipo de riesgos deben tener en cuenta medidas preventivas de colocación y protección. El único mantenimiento que requiere un colector solar es la limpieza del vidrio o superficie translúcida de manera periódica (podemos decir que al menos una vez al mes). No es necesario que esta operación se realice todos los días; se han medido sistemas con vidrios que no se han limpiado en meses y presentan buen funcionamiento, bajando sólo ligeramente su eficiencia.

Factibilidad económica Los colectores solares son sistemas conocidos y perfectamente factibles desde el punto de vista económico. El tiempo de recuperación de la inversión en la actualidad está entre uno y dos años. Ya que el ahorro de gas puede llegar a ser hasta del 80% 7 del consumo doméstico, la tendencia actual de incremento en el precio de los combustibles provoca que este periodo se reduzca. Como ejemplo podemos indicar que el costo aproximado de un sistema familiar instalado hoy en Centro Comunal Miyasaka, Japón, Arquitectos: Nozawa, Masamirsu Architects and Associates. Vista del sistema de paneles solares desde la calle

7 Véase Anibal Figueroa, Evaluación de la Vivienda Bioclimdtica. La Luna a tres aftas de operación. ANES, 1995. 8 Héctor Riveras, et al. Colectores solares y consumo de gas en la Ciudad de México, en Memoria de la XXII Semana de la Energía Solar, Mexicali, ANES, 1998.

día en un clima templado como Cuernavaca es de 4 800 pesos (480 dólares), el costo de un calentador automático es de 1 800 pesos (180 dólares) y el costo actual del gas es de 3.25 pesos (0.33 US) pesos por litro. Una familia pequeña consume cerca de 40 litros de gas al mes en calentamiento de agua (baño y lavado de ropa). Con todo ello el tiempo de recuperación de la inversión es de poco más de dos años. Si consideramos que la vida útil del sistema sin mantenimiento es de cmco a diez años, un sistema solar ahorra mucho más de lo que cuesta, y es una excelente inversión a mediano y largo plazo. En algunos otros estudios reportados en la literatura, los tiempos de recuperación varían en función del clima y del costo del equipo instalado. Para la Ciudad de México el equipo de Riveros, Mendoza, Riveros y Lara, del Instituto de Física de la UNAM, reporta tiempos de recuperación de la inversión desde 12 meses hasta 6 años. 8


izq. Casa en Oshima Tokyo, Japón Arquitecto: Yoshio Kato. Vista de la casa con un sistema de páneles solares integrados a la cubierta

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Es inexplicable que siendo México un país con abundancia de radiación solar y condiciones climatológicas muy favorables, los sistemas solares no se hayan popularizado como una opción más económica para el calentamiento de agua doméstica. Si bien es cierto que no se pueden usar en cualquier parte y que presentan ciertas limitaciones en cuanto a su operación, las ventajas económicas son claras. En parte, la no proliferación de estos sistemas se debe a una falta de oferta

der. Le Lievre d'Or

Dreux, Francia. Arquitectos: Grupo AURA, D. Perinic, K. Beluard. Vista del proyecto de remodelación urbana que integra colectores solares e invernaderos a la fachada sur

comercial suficiente, eficiente, seria y accesible económicamente. Los colecrores solares deben dejar de ser "prototipos" experimentales para convertirse en productos industriales confiables y económicos. El conocimiento y la experiencia acumulados mundialmente sobre estos sistemas es tan amplio, que permiten prever un amplio espectro de situaciones de operación e instalación y demostrar que su uso es perfectamente factible. Los colectores solares son una tecnología bien conocida, su fuente energética es completamente limpia y sustentable, su costo los hace rentables a mediano plazo; en fin, presentan múltiples ventajas para su empleo. Es importante difundir esta tecnología a través de ejemplos prácticos, documentados y evaluados correctamente para generalizar su uso en nuestro país.


En esta secc10n se muestran algunos antecedentes de los diferentes factores que han influido en el consumo de energía en las edificaciones a través del tiempo, y de la normatividad que a nivel nacional e internacional tiene como objeto la racionalización de este consumo. Se parte del antecedente de la normatividad en las edificaciones, cuyo origen se remonta a la época de los griegos y los romanos, quienes establecieron las primeras leyes para considerar la energía solar en el diseño de los edificios. Posteriormente se analiza el planteamiento del uso eficiente de los energéticos, que a partir de los años setenta permitió que algunos países desarrollados adoptaran normas de eficiencia energética, para hacer un uso racional paralelo al desarrollo de fuentes alternas de energía renovable. Finalmente se expone la problemática actual en la que se presenta un exagerado consumo de energéticos en las edificaciones, que además de ir minando de manera paulatina los recursos naturales, incide dramáticamente en el deterioro del ambiente. Esto ha llevado a muchos países a emitir normas cada vez más rigurosas acerca del consumo de los energéticos. En México es hasta los años noventa cuando se empiezan a desarrollar políticas de eficiencia energética, teniendo como meta su uso racional. En este campo se incursiona primeramente en el manejo de la energía en equipos donde existen ya algunos avances acerca de su racionalización. En la actualidad, se encuentran en anteproyecto dos normas que competen al diseño de los edificios y que, de aprobarse, fomentarán el uso eficiente de la energía, a través del diseño térmico de la envolvente de los edificios de tipo residencial y comercial, sectores que impactan considerablemente en el consumo de energéticos en nuestro país. De esta manera, se expone una panorámica que abarca la puntualización de los factores que, de modo más evidente, se destacan en la búsqueda del manejo racional de la energía en el medio construido, usando como herramienta sustantiva la regulación y la normatividad.


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Antecedentes del consumo de energéticos Desde la prehistoria, el hombre se ha visto en la necesidad de descubrir y aprender a utilizar diversas fuentes de energía para realizar sus actividades. En su constante necesidad de recursos energéticos, el hombre ha tenido que evolucionar en la búsqueda de diversas formas. Sin embargo, esta evolución ha pasado por etapas en las que, por no tomar conciencia del mal uso que se ha hecho de los energéticos, se está teniendo que pagar el alto costo que significa la destrucción de los recursos naturales, un costo cuya dimensión aún hoy en día no se alcanza a determinar.

Y la faente de existencia de las cosas es la misma en la que ocurre su destrucción. Anaximandro, 547 a. C. Al princ1p10 la gente dependió exclusivamente del sol y de las fuerzas originadas por la combustión de la madera para obtener su energía. A partir del siglo XII, una vez descubiertos los primeros depósitos de carbón mineral, las necesidades energéticas fueron pasando paulatinamente hacia el consumo de los combustibles fósiles generados a partir de la transformación de los restos de animales y vegetales, bajo condiciones específicas, en un proceso cuya duración se ha calculado en cerca de 500 millones de años.

Antecedentes de normatividad en los energéticos En la antigüedad se registraron algunos casos en los que la constante demanda de energéticos propició la regulación de su consumo. Se destaca el caso de los griegos, a quienes la excesiva demanda de madera los condujo a regular su uso. En el siglo IV a.C., a los atenienses se les prohibió el uso de la leña de olivo para producir carbón. En la isla de Kos las autoridades establecieron impuestos para la venta de madera que fuese empleada para calefacción, y en Delos se propusieron importantes restricciones para la venta de carbón. Estas regulaciones se realizaron porque la madera, principal fuente de energía, se iba encareciendo por la paulatina escasez de especies vegetales mayores, en un proceso de deforestación que se agravaba de manera significativa. 1 En la antigua Roma existía también una fuerte demanda de la madera como combustible para la industria así como para la construcción de casas y barcos. Otra fuente de consumo importante de madera se derivaba de la calefacción de termas y casas privadas. Los romanos llegaron al punto de tener que importar leña y carbón natural, con unos costos altísimos, para poder satisfacer sus requerimientos energéticos. Posiblemente por ese motivo retomaron y mejoraron ciertas técnicas de aprovechamiento de la energía solar que ya conocían los griegos, mediante el desarrollo de la tecnología del vidrio y de la mica para favorecer su efectividad. Los romanos proponen leyes sobre el derecho solar y emiten recomendaciones sobre cómo orientar las edificaciones. 2

1 Manuel Rodríguez Viqueira y Víctor Fuentes Freixanet, "La ciudad solar planificada en el mundo griego Olinto, Priene, Delos y Solunto", en Memorias de la ANES, J 996, p. J 92. 2 Manuel Rodríguez Viqueira, Apuntes de Curso Temas Selectos J, Desarrollo Histórico de la Relación Arquitectura, Clima y Tecnología. Especialización, maestría, doctorado área de arquitectura bioclimática, México, UAM, 1994, p. 36-38.

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Varios siglos después se empezó a utilizar el carbón como combustible, en un principio para calefacción doméstica, y posteriormente, con la invención de la máquina de vapor en la primera mitad del siglo XVIII como la materia prima básica para los incipientes procesos industriales. No es sino hasta mediados del siglo XIX cuando se emplea por primera vez el petróleo para la conversión de calor en energía mecánica y eléctrica. Desde la invención de la máquina de vapor se incrementó el uso de combustible, volviéndose cada vez más indispensable. En la medida en que la Revolución Industrial fue impactando en la forma de vida de sectores más amplios de las sociedades, fue siendo más notoria la aspiración individual hacia el mejoramiento de la calidad de vida, fenómeno que a su vez condujo a acrecentar el empleo de la energía. En este proceso se generó una arquitectura de consumo que estaba más determinada por la demanda de edificios como medio de expresión de status social, que por dar respuesta a la demanda de espacios habitables, en los que existiera una vinculación entre el clima y las condiciones geográficas del lugar de ubicación. Esto trajo un consumo excesivo de energéticos para producir condiciones de confort en espacios cuyas limitaciones en diseño y materiales constructivos así lo requerían.

Factores que influyen en la demanda de petróleo

3 Enciclopedia Tecnología del Petróleo de Cinsidine Publicaciones Marcombo, S.A., tomo !l.

El uso del petróleo data de hace más de cinco mil años, cuando los asirios y los babilonios explotaban los yacimientos que se encontraban a flor de tierra en varios lugares de Mesopotamia. En aquel tiempo el petróleo no era usado como combustible, sino que se aplicaba en la construcción, como fumigante, en la medicina y en ciertos rituales. Fueron los árabes y los persas quienes desarrollaron la técnica de destilación del petróleo crudo con el propósito de obtener un aceite cuya combustión servía para la iluminación de espacios. Sin embargo, el uso masivo de este recurso es reciente. Hasta finales del siglo XVIII la iluminación de las más importantes ciudades del mundo no se diferenciaba mucho de las antiguas ciudades griegas y romanas. El proceso de industrialización, el incremento de la población urbana y su inminente demanda de productos, trajeron consigo la necesidad de combustibles baratos para emplearlos en la iluminación pero, sobre todo de lubricantes y energéticos para permitir el movimiento de las fábricas. A partir de la Segunda Guerra Mundial la demanda de productos de petróleo se incrementó. Por ejemplo, en 1946 la demanda de petróleo para los EstadosUnidos era de menos de 3 millones de barriles de petróleo diarios, pero para 1970 esta cantidad había aumentado a 14. 7 millones de barriles. Para el caso de los Estados Unidos existe una serie de datos sintomáticos que nos permiten inferir algunos factores que influyeron en el incremento en la demanda de petróleo para producción de energía. 3


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La población en 1946 era de 142 millones de personas, y para 1970 aumentó a 205 millones, lo que manifiesta un crecimiento del 44.0%. En 1945 el Producto Nacional Bruto era de 313 000 millones de dólares y para 1970 de 722 000 millones de dólares, lo que representa una tasa de crecimiento del 3.7%. El ingreso per capita para el año 1950 era de 1500 dólares y en 1970 se incrementó a 3935. Esto significa en términos reales que existen más automóviles, más vacaciones, más bienes de consumo y, en general, procesos que contribuyen al aumento de la demanda de productos de petróleo. Hoy en día se acepta universalmente que los combustibles fósiles son finitos y que sólo es cuestión de tiempo antes de que las reservas de petróleo queden materialmente agotadas. En fecha reciente se ha reconocido la imperiosa necesidad de encontrar fuentes alternas de energía, además de optimizar las que ya existen, con el fin de hacerlas accesibles económicamente.

Políticas internacionales sobre eficiencia energética A partir de los años setenta se manifesta de manera más evidente la preocupación mundial por la investigación e implementación de tecnologías que fomenten el uso eficiente de la energía. Esta tendencia se origina en países desarrollados, que han llevado a cabo medidas y políticas detalladas sobre eficiencia energética. Para este fin se han creado organizaciones como la IEA (Agencia Internacional de Energía) que ha desarrollado diversas políticas y medidas de fomento para el uso eficiente de la energía, y que además ha trabajado en la búsqueda de fuentes de energía renovables. Además, la mayoría de los países miembros de la IEA han adoptado medidas para la reducción de emisiones de "gases invernadero". En general se han presentado medidas según el sector, residencial-comercial, industrial, público y de transporte, para promover un uso eficiente de la energía. Las principales consisten en normas, auditorías, información, motivación, campañas, incentivos financieros y fiscales, etcétera. Muchos de los programas para el uso eficiente de la energía apuntan hacia el sector residencial-comercial. Una de las medidas más comunes para propiciar el uso eficiente de la energía, es la adopción de códigos y normas, la mayoría de las cuales se ha empezado a aplicar desde 1970. En la actualidad varios gobiernos revisan sus reglamentos y normas para fortalecerlos de acuerdo con las nuevas tecnologías de construcción. Países como Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Japón, los Países Bajos, Nueva Zelanda, Noruega, España y Turquía, entre otros, están en la etapa de revisión de sus reglamentos y normas para regular el diseño de los edificios con el fin de hacer un uso eficiente de la energía. Existe una creciente adopción y aplicación de normas de eficiencia energética para los aparatos electrodomésticos, sin embargo, el grado de desarrollo no ha sido homogé-

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neo en todos los casos. Todos los países miembros de la Agencia Internacional de Energía y que además pertenecen a la Unión Europea, ya se han incorporado el proceso de trabajar en la legislación nacional, para promover la eficiencia energética, a través del uso de dispositivos como los calentadores de agua, refrigeradores, congeladores, máquinas de lavado y secado de ropa, entre otros. Otro ejemplo a destacar es el de Australia, que posee normas de eficiencia energética para un número limitado de aparatos y tiene planes de extenderlas a un número mayor de productos. Canadá y los Estados Unidos también promueven el desarrollo de normas de eficiencia energética dirigidas a sus productos. Suiza ha adoptado un sistema de conservación de energía voluntaria, designando valores para los aparatos electrodomésticos, equipos de oficina y electrónica. Sobre estos valores el gobierno tiene autoridad para poner otras metas, en caso de que no se hayan cumplido las existentes. También se ha trabajado en el ámbito de la información dirigida al consumidor que debe contener las etiquetas con respecto al consumo de energía de diversos productos. De este modo, el usuario puede considerar los consumos de energía al momento de tomar una decisión de compra, para poder optar por los más adecuados. En ese país se ha trabajado paralelamente con los fabricantes con el objeto de desarrollar productos cada vez más eficientes. Así como se aplican etiquetas de energía en los aparatos y equipos, se contempla la aplicación de un sistema a los edificios, como sucede con el proceso de certificación de energía que se utiliza en los edificios de Dinamarca y Canadá. Noruega, por su parte, ha adoptado nuevos códigos para los edificios con requisitos más severos con respecto al tema de los aislamientos. Francia fortalece sus normas térmicas para los nuevos edificios residenciales y comerciales con el objetivo de mejorar la eficiencia del uso de la energía en un 25%. Aunque es importante conocer las normas para la eficiencia energética de las envolventes de los edificios y casas habitación en la Comunidad Económica Europea, para la optimización de las normas mexicanas es oportuno tener como un referente directo la Norma de eficiencia energética en edificaciones residenciales para el estado de California, debido a la similitud de rasgos geográficos que presenta con diversas regiones de nuestro territorio. Norma de eficiencia energética para el estado de California The Building Regulations (Las regulaciones del Edificio) Poder de Conservación de Combustible Principios técnicos l. El Procedimiento de Valoración de la Norma (rvN) proporciona una medida del comportamiento de la energía de una residencia y su sistema de calefacción.


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2. La norma está basada en el costo de la energía requerida para el espacio y el calentamiento de agua (en un año típico y bajo las condiciones de ocupación típicas) •Normas de aislamiento térmico para el techo, piso, paredes, ventanas y puertas •Forma construida •Ventilación y características de la infiltración •La actuación de agua y espacio en los sistemas de calentamiento •Ganancias solares •Mandos caloríficos •Costo de la energía incluyendo cargos en pie La valoración está basada en un modelo supuesto de calefacción para el agua caliente y las ganancias interiores, como por ejemplo el uso de luces. 3. Se expresan valoraciones de PVN como un número en una balanza de 1 a 100 en la que el 1 indica un comportamiento pobre y el 100 un comportamiento bueno. 4. La norma se ha desarrollado a partir de los datos de entrada, el costo de la energía, área de la ventana, etcétera, para ser incluidos en la forma de valoración. La norma está disponible en sistemas electrónicos. Los sistemas y procedimientos para la valoración deben cumplir la norma BS 5750, que es una norma de calidad establecida por el gobierno. 4 Norma europea (European standard) Thermal performance of building -Calculation of energy use for heatigResidential Buildings (Norma de Comportamiento Térmico del Edificio. Cálculo de uso de energía para el calentamiento de los edificios residenciales) Se apoya en programas de computadora que simulan el flujo de calor, ventilación y en el funcionamiento del sistema calorífico en edificios. El empleo de estos programas tiene sus reservas ya que a menudo pueden resultar inconvenientes porque requieren de información de entrada muy detallada. Esta norma mantiene un método del cálculo simplificado para la estimación de energía requerida para los espacios y el calentamiento de agua, dando resultados suficientemente fiables en lo referente a:

4 The Builgíng Regulations 1991, Conservation offoel and power. Approved document, Department of the Environment and Weslh Office. Draftdate:26january 1993.

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•las especificaciones para el calentamiento y la pérdida de calor de edificios a temperatura uniforme •el calor anual requerido por un edificio para mantener especificada la temperatura interior •la energía anual requerida por el sistema de calefacción del edificio para el calentamiento de espacios y de agua •el método está basado en un periodo de cálculo mensual y proporciona resultados anuales, pero los resultados durante cada mes pueden generar un periodo de cálculo estacional para identificar la duración de la estación calorífica. Este método de cálculo es principalmente aplicable a los edificios residenciales con las ganancias interiores relativamente pequeñas y sin el aire acondicionado. Esta norma puede ser usada para las siguientes aplicaciones: •Juzgar regulaciones expresadas en términos de blancos de energía •Optimizar la energía cuando se planea construir, aplicando el método a posibles opciones •Evaluar el efecto por cálculo del requisito de energía con y sin la medida de conservación de energía •Predecir recursos de energía futuros, calculando los requisitos de energía de los edificios 5

El consumo de energía en México

5 "Thermal Performance of Buildings-calculation ofenergy use far heating- Residential Buildings ''. Technical Committee BDB71 OEuropean Standards far Thermal I nsulation, Draft far public comment. p. 3. 6 Odón De Buen Rodríguez, Andlisis del Consumo de Energía Eléctrica a Nivel Doméstico en México y Procedimiento de Estimación de Ahorros de Energía Eléctrica en Casas Habitación Ubicadas en Regiones de Clima Cdlido Seco. Programa nacional del uso racional de la energía, CFE, p. 2-1 O.

Odón de Buen Rodríguez, en el documento "Casas habitación ubicadas en regiones de clima cálido seco", desarrolla una justificación del consumo de energéticos para el sector residencial, sobre la base del balance de energía de 1984, y realiza las observaciones que a continuación se enumeran, en las que resalta como energético principal la leña, el segundo lugar lo ocupa el gas licuado y la electricidad el tercer lugar: •El consumo eléctrico no es un asunto únicamente del clima, sino también depende del desarrollo económico de la localidad. •Los equipos eléctricos de calefacción tienen poca influencia sobre el consumo eléctrico en México. •Los equipos de aire acondicionado para enfriamiento son los que más se usan para obtener condiciones de confort y tienen el mayor consumo doméstico en nuestro país. 6


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Si se comparan estos datos de consumo energético de 1984 con referencias más recientes, tenemos los siguientes resultados. De acuerdo con el Balance Nacional de Energía de 1997 en México el consumo final de energéticos fue de 3 713.423 PJ. En este dato el sector industrial tuvo un consumo de 1288.063 PJ, el sector transporte consumió un total de 1478.140 PJ, el sector residencial, comercial y público consumió 840.302 PJ y el sector agropecuario tuvo un consumo de 106.918 PJ. Podemos observar que el sector transporte obtiene el primer lugar en consumo, seguido del sector industrial y en tercer lugar el sector residencial, comercial y público. Si consideramos que para los dos primeros sectores el consumo de energía es indispensable para desarrollar la actividad de transporte y de generación de productos, en el tercer sector se observa un alto consumo de energía. El sector residencial, comercial y público obtuvo un consumo total de 840.302 PJ, del cual el subsector residencial representó el 83.0% con un consumo total de 697.408 PJ; siendo el que más energía consumió. Los energéticos de mayor consumo fueron el gas licuado, que aportó el 44.1% igual a 307.4 PJ; la leña con el 35.3% igual a 246.1 PJ; la electricidad con el 15.3% igual a 106.7 PJ; el gas natural cubrió 5.0% que equivale a 35.2 PJ; restan las kerosinas con el 0.3% correspondiente a 2.1 PJ. 7 En el caso de nuestro país, la Comisión Federal de Electricidad ha sido la encargada desde 1937 de la generación, transmisión, distribución y comercialización de la energía a los diferentes sectores. Esta comisión ha designado tarifas para el cobro del suministro de la energía en Kwh para el sector doméstico, presentando como variable la temperatura media mínima en verano. Existe una clara relación de la demanda de energía y clima, deduciendo del cobro de la energía, que en las épocas más cálidas del año el consumo de energía es mayor y esto podría deberse a los equipos de aire acondicionado que se requieren en las zonas cálidas para lograr condiciones de confort. Para el cobro del uso de la energía la CFE ha dispuesto una serie de tarifas según el sector de que se trate. Para el sector doméstico se han dispuesto las siguientes tarifas, en donde destaca, como factor, la temperatura de cada región.

TARIFA 1 (servicio doméstico) Esta tarifa se aplica a todos los serv1c10s que destinen la energía para uso sólo doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residencia o vivienda. Estos servicios sólo se suministran en baja tensión y no debe aplicárseles ninguna otra tarifa. TARIFA 1-A (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima en verano de 25°C ) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residen-

7 Balance Nacional de Energía de 1997. Secretaría de Energía, Dirección general de política de desarrollo de energéticos, primera edición, 1998.

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c1a o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de 25°C como mínimo. El periodo de aplicación será el que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año.

TARIFA 1-B (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima en verano de 28°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de 28°C como mínimo. El periodo de aplicación será por cuotas: una en el periodo que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra cuota en los periodos restantes del año. TARIFA 1-C (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima en verano de 30°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de 30°C como mínimo. El periodo de aplicación será por las cuotas, una en el periodo que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra en los periodos restantes del año. TARIFA 1-D (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima en verano de 31°C) Esta tarifa se aplica a todos los servicios que destinen la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada a cada residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de 31°C como mínimo. El periodo de aplicación será por cuotas. Una, en el periodo que comprende los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra, en los periodos restantes del año. TARIFA 1-E (servicio doméstico para localidades con temperatura media mínima en verano de 32°C) Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía para uso doméstico, cualquiera que sea la carga conectada individualmente a cada residencia o vivienda, en localidades cuya temperatura media mensual en verano sea de 32°C como mínimo. El periodo de aplicación de esta tarifa será por cuotas. Una en el periodo que comprenda los seis meses consecutivos más cálidos del año, y otra en los periodos restantes del año. El consumidor residencial representa actualmente 83% del consumo del sector residencial -comercial- público, y 22.60% del consumo total de energía. Dentro del cobro por tarifas existe una constante tendencia hacia el consumo promedio anual por usuario de energía en los estados del norte del país: Nuevo León, Chihuahua, Tamaulipas, Sonora, Sinaloa, Baja California Norte y Baja Cali-


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fornia Sur. Así, entra en esta tendencia el estado de Veracruz. En lo que se refiere al consumo de energía anual por usuario destaca el estado de Baja California Norte, esto se debe a los equipos de aire acondicionado que tienen instalados. Estos estados en la época de verano ven incrementada su tarifa considerablemente, ya que requieren mayor uso de energía. Una parte fundamental para hacer un uso eficiente de la energía consiste en detectar los elementos de mayor consumo de energía y aportar medidas para reducir el consumo de la energía y plantear un uso adecuado del recurso. Diversas instituciones han aportado medidas para hacer un uso eficiente de la energía, para lo cual se ha planteado la emisión de normas de eficiencia energética. La revista solar Up menciona en un artículo el problema de la energía en el caso específico de México; expresa que pese a las experiencias a través de la aplicación solar en varios proyectos, a México le falta todavía un programa nacional de energía solar. Nuestro país tiene una estructura de energía basada en el uso de hidrocarburos cercana a un 80% del total. Además, la tecnología y el potencial económico de las fuentes de energía renovables todavía son desconocidos. En 1996 la Secretaría de Energía estimó las energías renovables, incluyendo la hidroeléctrica y la energía geotérmica en una contribución de 6% al equilibrio de energía nacional. Sin embargo, si las nuevas aplicaciones consideraran no sólo el uso en las zonas rurales y se incorporara también el uso en edificios urbanos, servicios y industrias, entonces el porcentaje sería más alto. México tiene un alto índice de radiación solar: entre 18 a 21 MJ/m 2 día y, en promedio, más de 250 días por año de aislamiento bueno, por lo que es factible el uso de esta energía para el calentamiento y enfriamiento de los edificios y para el calentamiento de agua, entre otros usos.

Las normas de eficiencia energética en México A partir del 1 de marzo de 1993, la Secretaría de Energía a través de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, constituyó el comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Energéticos, que se encarga de elaborar, aplicar y vigilar el cumplimiento de las normas de eficiencia energética. A la fecha se han publicado 18 normas oficiales mexicanas de eficiencia energética en el Diario Oficial de la Federación, de las cuales cuatro están relacionadas con la energía térmica y las demás con la energía eléctrica. Actualmente se encuentran en anteproyecto nueve normas sobre eficiencia energética. En México se empiezan a desarrollar políticas de eficiencia energética, para fomentar su uso. Se incursiona en el aprovechamiento eficiente de la energía en equipos de enfriamiento, calentamiento, iluminación, además del uso eficiente de la energía en motores y bombas, incorporando algunos equipos electrodomésticos como lavadoras y refrigeradores, y tratando de incluir en esta normatividad, los equipos de mayor consumo energético.

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Concepto

Norma tividad energética en la arquitectura

Normas emitidas

Elementos

regulados

No.de Norma

Enfriamiento

3

Acondicionadores de aire tipo cuarto Acondicionadores de aire tipo central Refrigeradores y congeladores electrodomésticos

NOM-073- SCFI-1994 NOM-Ol 1-ENER-1996 NO M-015-ENER-1997

Bombeo

4

Bombas verticales tipo turbina Bombas de uso doméstico para bombeo de agua Bombas sumergibles Sistemas de bombeo para pozos profundos

NOM-001-ENER-1995 NOM-004-ENER-1995 NOM-010-ENER-1996 NOM-006-ENER-1995

Iluminación

3

Alumbrado en edificios no residenciales Alumbrado para vialidades y exteriores de edificios Lámparas fluorescentes compactas

NOM-007-ENER-1995 NOM-013-ENER-1996 NOM-017-ENER-1997

Motores

3

Motores de corriente alterna monofásicos Motones de corriente alterna trifásicos Lavadoras de ropa electrodomésticas


Calentamiento

3

Calderas de baja capacidad Calderas paquete Calentadores de agua para uso doméstico y comercial


Aislantes

2

Aislantes témicos para edificaciones Aislamientos térmicos industriales

NOM-018-ENER-1997 NOM-009-ENER-1995

Normas de eficiencia energética con el consumo de energía

Concepto

Enfriamiento

Normas emitidas 3

Elementos

regulados

No.de Norma

Acondicionadores de aire tipo central (actualizar)

NOM-Ol 1-ENER-1996

Acondicionadores de aire tipo cuarto (actualizar)

NOM-021-ENER

Equipos de refrigeración industrial y comercial

NOM-022-ENER

Bombeo

1

Bombas verticales tipo turbina

NOM-001-ENER-1995

Motores

1

Lavadoras de ropa electrodomésticas (actualizar)

NOM-005-ENER-l 996

Calentamientc

1

Calentadores de agua para uso doméstico (revisión)

NOM-003-ENER-1995

Máquinas

1

Máquinas tortilladoras

NOM-019-ENER-1999

Diseño

2

de edificios

Diseño térmico de edificios no residenciales

NOM-008-ENER

Diseño térmico de edificaciones para uso habitacional

NOM-020-ENER

Normas de eficiencia energética en anteproyecto


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Normas relacionadas con el diseño térmico de los edificios Las normas propuestas tienen el objetivo de limitar la ganancia de calor de las edificaciones residenciales y no residenciales, por medio de su envolvente, con el fin de proponer un uso eficiente de la energía para los sistemas de aire acondicionado. Entre ellas, la NOM-008-ENER de "Eficiencia energética en edificios no residenciales" pretende regular el diseño térmico de la envolvente de los edificios a efecto de que tengan la capacidad para lograr la comodidad de sus ocupantes con un mínimo consumo de energía. Y la NOM-020-ENER de "Eficiencia energética en edificaciones para uso habitacional" es un complemento para la citada anteriormente, y pretende regular el diseño térmico y la construcción de la envolvente de edificaciones del tipo residencial hasta de tres niveles.

NOM-008-ENER-1995 Actualizada hasta 1997 Esta norma propone que se diseñe la envolvente de los edificios no residenciales con el fin de hacer un uso racional de la energía en los sistemas de enfriamiento, y aplica a edificios existentes, edificios nuevos y ampliaciones. Permite reportar el cálculo del presupuesto energético, el cálculo de transferencia de calor global y los valores de conductividad y aislamiento térmico para los materiales de construcción más comunes. 8 Clasifica componentes de un edificio, tales como techo, pared, superficie inferior y piso. Es importante determinar si la parte del edificio es opaca o no opaca. Entendiéndose como opaco lo que no permite pasar la luz visible y no opaca a una superficie transparente. De acuerdo con esta norma es importante la proporción de vano-macizo debido a que los vanos son los elementos más vulnerables del diseño térmico del edificio, ya que a través de éstos se dan las mayores ganancias o pérdidas de calor en los interiores. Para minimizar las ganancias de calor una estrategia es el uso de dispositivos de sombreado en ventanas. Y para el diseño de los elementos macizos, se recomienda incorporar materiales aislantes por su composición y tecnología para que fomenten un uso eficiente de los equipos de climatización y así lograr el confort de los usuanos.

8 CoNAE. Anteproyecto de la NOM-008-ENER-l 995. (Anteproyecto de la norma oficial mexicana), Eficiencia energética en edificaciones, norma para la envolvente de edificios no residenciales, documento de la Comisión Nacional de Ahorro de Energía 1997.

Edificio representativo de la NOM-008 material para promoción de la CoNAE

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9 CONAE. Anteproyecto de la NOM-020-ENER-J 997 (Anteproyecro de la norma oficial mexicana), Eficiencia energética en edificaciones, norma para la envolvente de edificios no residenciales, documento de la Comisión Nacional de Ahorro de Energía (1997).

N ormatividad energética en la arquitectura

NOM-020-ENER-1997 Actualizada hasta 1999 Esta norma es una extensión de la mencionada con anterioridad, y se aplica de forma similar en el cálculo para edificios no residenciales. La normalización para la eficiencia energética de los edificios de hasta tres niveles representa un esfuerzo encaminado a mejorar el diseño térmico de la envolvente de los edificios, y representa la posibilidad de lograr la comodidad de los ocupantes con un mínimo consumo de energía. En México, el acondicionamiento de estas edificaciones repercute en gran medida en la demanda del sistema eléctrico, siendo mayor su impacto en las zonas cálidas del país. En este sentido, esta norma optimiza el diseño desde el punto de vista del comportamiento térmico de la envolvente, obteniéndose como beneficios, entre otros, el ahorro de energía por la disminución de la capacidad de los equipos de enfriamiento y con ello el mejoramiento de las condiciones de confort del usuario. Esta norma limita la ganancia de calor de las edificaciones a través de su envolvente, con el objeto de racionalizar el uso de la energía en los sistemas de enfriamiento. Aplica a todas las edificaciones nuevas de tipo habitacional hasta de tres niveles y las ampliaciones que se realicen a edificaciones habitacionales ya existentes. Pretende un beneficio directo en la reducción de la facturación del consumo de energía eléctrica para el usuario. La norma contiene un método de cálculo para la ganancia de calor a través de la envolvente del edificio proyectado y del de referencia, la determinación del coeficiente global de transferencia de calor (K) de las porciones de la envolvente, barreras de vapor y la orientación. Además, exige un informe de los resultados. La envolvente del edificio proyectado debe especificarse de tal manera que la ganancia de calor por medio de la envolvente del edificio proyectado, debe ser menor o igual a la ganancia de calor de la envolvente del edificio de referencia. 9

Gcp .:5. Gcr Edificio representativo de la NOM-020 material para promoción de la CoNAE

Gcp = Ganancia de calor del edificio proyectado Gcr = Ganancia de calor del edificio de referencia


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Conceptos según la norma Se denomina edificio proyectado a aquel que se quiere construir y edificio de referencia al que, conservando la misma orientación, condiciones de colindancia y dimensiones del edificio proyectado, se utiliza para determinar el presupuesto energético máximo. El cálculo de la ganancia de calor a través de la envolvente del edificio proyectado se realiza estimando las ganancias de calor por conducción y adicionando el cálculo de la ganancia de calor por radiación. Posteriormente se procede a la determinación del coeficiente global de transferencia de calor (K) de las porciones de la envolvente proyectada, el cálculo se hace mediante un método establecido previamente en uno de los apéndices de la norma. Asimismo, la norma contiene una tabla en donde se especifica qué ciudades requieren de barreras de vapor, indica las localidades donde es necesario de su uso para evitar condensación al interior de los muros, lo cual los puede destruir. En lo referente a la orientación se establecen ciertas convenciones en la norma ya que la ganancia de calor a través de las paredes varía a partir de la orientación. 10 Orientación Norte: cuando el plano normal está orientado desde 45º al oeste y 45 ° al este del norte solar. Orientación Este: cuando el plano normal está orientado desde 45º al norte y 45º al este del solar. Orientación Sur: cuando en plano normal está orientado desde 45º al este y 45º al oeste del sur solar. Orientación Oeste: Cuando el plano normal está orientado desde 45º al sur y 45º al norte del oeste solar. La norma involucra un factor de corrección de sombreado exterior, considerando que si se propone un volado en la ventana y se extiende lateralmente más allá de los límites de la ventana, a una distancia mayor o igual a la de la del volado, se puede afectar el valor del coeficiente de sombreado del vidrio, multiplicándolo por el factor de corrección de sombreado exterior. Cuando en el proyecto se propone una ventana remetida o bien con parasoles, se puede afectar el valor del coeficiente de sombreado del vidrio, multiplicando el factor de corrección por el sombreado exterior, que viene considerado en tablas para cada uno de estos elementos.

Normas relacionadas con la iluminación En el marco de las normas de eficiencia energética existen tres normas publicadas que se relacionan con la iluminación de los edificios. La primera es sobre eficiencia energética

1 O Christopher Heard y Gaudencio Ramos. Informe parcial: Revisión y adecuación de la Norma. Elaboración de los proyectos de norma de eficiencia energética en edificios no residenciales y en edificaciones para uso habi racional hasta tres pisos. Instituto de Investigaciones Eléctricas 1998, pp. 2-25.

177


para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales, la segunda se refiere a sistemas de alumbrado para vialidades y exteriores de edificios y la última trata de la eficiencia energética de lámparas fluorescentes compactas.

NOM-007-ENER-1995 Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales Esta norma pretende establecer niveles de eficiencia energética en términos de densidad de potencia eléctrica a la cual deben estar sujetos los sistemas de alumbrado para uso general en los edificios no residenciales. Incluye edificios nuevos y ampliaciones de los ya existentes. Su objetivo principal es que los edificios sean diseñados haciendo un uso eficiente de la energía eléctrica, basándose en la utilización de equipos y tecnologías que la aprovechen adecuadamente.

NOM-013-ENER-1996 Eficiencia energética en sistemas de alumbrado para vialidades y exteriores de edificios Esta norma pretende establecer niveles de eficiencia energética en términos de valores de densidad de potencia eléctrica del alumbrado, con lo que deben de cumplir las nuevas instalaciones de alumbrado público o alumbrado exterior. Tiene el propósito de que los sistemas de alumbrado de vialidades se diseñen con el fin de hacer un uso eficiente de la energía eléctrica, por medio de la aportación de diseños y el empleo de equipos y tecnología, sin omitir los requerimientos visuales de los usuarios.

NOM-017-ENER-1997 Eficiencia energética de lámparas fluorescentes compactas Esta norma pretende fijar los valores mínimos de eficiencia de las lámparas fluorescentes compactas que tengan potencia hasta 28 W, así como normar los balastros con los que operan las lámparas fluorescentes compactas. Este capítulo ha tenido la finalidad de conocer los antecedentes del consumo de la energía y presentar el panorama actual en el uso de la energía, aceptando la idea generalizada de que las reservas de petróleo en poco tiempo quedarán agotadas. Ahora se reconoce que es necesario encontrar fuentes alternas, que sean económicamente factibles, pero en tanto se desarrollan tecnologías que sean eficientes y accesibles, es importante hacer un uso adecuado de la energía. Esto desde luego que no significa carecer del empleo de energéticos, sino que se pretende crear una cultura para el uso racional de los recursos naturales. Además, es importante hacer un uso eficiente de la energía para atenuar el daño que se causa al ambiente como resultado de la combustión de estos energéticos.


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El uso eficiente de la energía no es un asunto individual, sino que involucra a todos los países, centrando el problema en cada uno de los consumidores de energía y en el caso específico de la arquitectura a los diseñadores y usuarios, a quienes les corresponde contribuir en el uso eficiente de la energía. Para México es importante generar el uso de energías renovables, como es el caso de la solar, ya que por su situación geográfica y los tipos de climas imperantes en sus distintas regiones, presenta condiciones muy apropiadas para la implementación. El gran reto se presenta en el sector residencial y comercial, en donde se han generado los respectivos anteproyectos de norma para el diseño térmico de la envolvente de los edificios. Los diseñadores jugarán un papel muy importante en la medida que se involucren en el análisis del comportamiento térmico de los edificios y su relación con el clima, el manejo adecuado de los materiales y los dispositivos de control solar, logrando con esto no sólo ahorrar energía, sino además, proporcionar condiciones de confort térmico a los usuarios de estos espacios.


La arquitectura bioclimática como una arquitectura sensible a su entorno, tiene como objetivo fundamental obtener mediante el diseño, ambientes en confort natural para el desarrollo adecuado de las actividades humanas. Este trabajo aborda el confort acústico como problema de diseño arquitectónico bioclimático para cualquier tipo de edificio, sobre todo edificios que no tienen requerimientos acústicos críticos, es decir los edificios que aparentemente no requieren de la intervención de un análisis y un diseño acústicos. La acústica ha sido el factor al que menos importancia se le ha dado en el diseño y construcción de espacios, en la historia de la arquitectura. Prueba de ello son los espacios con exceso de ecos, que no permiten entender la palabra o la transparencia acústica de las subdivisiones en los modernos edificios de departamentos y hoteles, o en muchas ocasiones la ausencia de acústica en espacios para conciertos o teatro. Es evidente la falta de un criterio acústico por parte de los arquitectos, debido a que no hay una formación al respecto. Tradicionalmente se ha relacionado el estudio de la acústica en arquitectura con el diseño de teatros, auditorios, estudios de grabación, etcétera, y también se considera, sobre todo en nuestro país, que la mayoría de los otros tipos de edificaciones no requieren de una intervención formal de esta disciplina. Como ya se indicó, la arquitectura bioclimática considera que todo espacio donde se desarrollen actividades humanas debe estar dentro de parámetros de confort y esta consideración alcanza el aspecto acústico también. Es decir, que en todo diseño de espacio arquitectónico debe considerarse el diseño para el confort acústico. El arquitecto debe estar consciente de que no sólo aquellos espacios que tienen la difusión o el control del sonido como una de sus funciones principales requieren de una atención desde el punto de vista de la acústica, sino que la necesitan todos los espacios que el ser humano utiliza; todos requieren de un diseño acústico adecuado, y esto es explicable por una razón simple: El ser humano tiene oídos y los utiliza siempre.


182

Es importante aclarar que el alcance de este trabajo no permite desarrollar en un espacio tan reducido los conceptos teóricos de la acústica arquitectónica o la acústica de recintos, es por ello recomendable que el lector consulte los conceptos fundamentales en un texto apropiado como pueden ser el Kinsler 1 o el Cremer. 2

El concepto de confort acústico El confort acústico es uno de esos temas todavía no muy bien definidos que se aplica en diversos campos del conocimiento como es la psicología ambiental, la ingeniería y el diseño industrial, por ejemplo en el diseño de vehículos de transporte. Se dice que aún no está muy bien definido porque la bibliografía sobre acústica arquitectónica, no define genéricamente el término confort acústico. Más bien, éste se ha encontrado con mayor frecuencia en la literatura comercial, relacionado con productos acústicos o con productos y aparatos silenciosos. 3 Términos como calidad acústica, preferencia acústica, preferencia subjetiva individual y algunos otros conceptos como son los criterios de ruido de fondo, el tiempo de reverberación óptimo o el tiempo de reverberación preferido, son los que se encuentran con más frecuencia y se pueden asociar de alguna manera a la noción de confort acústico. Para estudiar el confort acústico en arquitectura es necesario remitirse a los conceptos de la acústica arquitectónica, disciplina relativamente nueva (100 años) que, como su nombre lo indica, es la base del diseño acústico en arquitectura. El confort acústico se asocia con la calidad acústica de los recintos e involucra una serie de factores y conceptos, incluyendo los aspectos subjetivos de la percepción. La acústica arquitectónica tiene que ver ante todo con el hecho de establecer las condiciones acústicas óptimas del espacio, de acuerdo con parámetros analizados y en ocasiones establecidos, para el desarrollo de una actividad determinada. Estas condiciones pueden ser de producción, transmisión, percepción, reducción, control y/o aislamiento de sonidos, ruidos o vibraciones. Casi cualquier actividad humana tiene que ver con algún aspecto de la acústica, consciente o inconscientemente. El problema general es su definición en la arquitectura, que no se ha caracterizado específicamente. El problema consiste en determinar los parámetros acústicos para un recinto con una actividad determinada. ¿Qué ámbito está en confort y cuál no está? El problema sugiere que una combinación de factores permite que un recinto sea adecuado acústicamente o no para una actividad determinada, y que el confort para ese recinto puede obtenerse mediante una diversidad de diseños. La pregunta es ¿qué combinación de factores determinan las condiciones adecuadas en un recinto para una actividad?

1 L.E. Kinsler, Fundamentos de Acústica, Limusa, 1995. 2 L.Gremer, H.A. Muller y T Schu!tz, Principies and applications ofroom acoustics; 2 vol., Applied Science Publishers, 1982. 3 Ver como ejemplo páginas de internet, www.texaa.com/; y www. candy. delevents/a_klassel acoustic.htm

183


El problema plantea la definición, evaluación y correlación de los factores acústicos, físicos y espaciales que pueden incidir, desde el punto de vista de la arquitectura.

¿Qué es el confort acústico?

4 R. B. Newman, Acoustics; en J.H. Callender, Time Saver Standars for Architectural Desing, Me Graw Hill-Book Company, 1974.

5 URL http://www.tuns.ca/ architecture! 3201_96intro.html 6 D.]. Croome, Noise, Buildings and People; Oxford, Pergamon Press, 1977. 7 Víctor Fuentes F., y Manuel Rodríguez Viqueira, Hacia una Metodología de Diseño Bioclimático; Laboratorio de Diseño Bioclimático, México UAM-A, 1997. 8 D.J. Croome, op. cit. 9 Víctor Fuentes F., y Manuel Rodríguez Viqueira, op. cit.

Primero es importante entender que la percepción auditiva es una forma de percepción sensorial del espacio tan imprescindible como la vista, e involucrada en la obtención de la comodidad y bienestar integral de las personas. Un ambiente acústico satisfactorio se define como aquel en el cual el carácter y magnitud de todos los sonidos son compatibles con el uso satisfactorio del espacio con el propósito para el que es utilizado. 4 Se requiere de una mayor precisión en la definición del concepto que permita llegar a escenarios cuantificables y susceptibles de ser diseñados arquitectónicamente. El término confort acústico tiene relación con el confort ambiental como un todo, donde se incluyen el higrotérmico, el visual, el espacial y el impacto ambiental. 5 Por ello, para definirlo es necesario analizar el concepto de confort humano en general. El término confort, voz inglesa (comfort), de uso poco común en nuestro vocabulario, pero que se utiliza con frecuencia en el campo de las disciplinas ambientales, se refiere en términos generales a un estado "ideal" del ser humano, un estado que supone bienestar, salud y comodidad. 6 Un ambiente así requiere analizar tanto los aspectos físicos u objetivos del medio, como son el sonido, la luz, el color, la temperatura, la humedad y el movimiento y la pureza del aire, como los aspectos fisiológicos, sociales, económicos y psicológicos del ser humano y su entorno. Visto desde este ángulo, es el estado de bienestar físico, psicológico y social del ser humano. 7 Un ambiente confortable es aquél donde no existe distracción o molestia, de tal manera que las tareas o las actividades placenteras pueden realizarse sin perturbaciones físicas y mentales. 8 Definido de esta manera, podemos desagregar el concepto de confort ambiental en distintos tipos de confort sensorial del ser humano, con la idea de que esto sólo puede ser teóricamente, porque sabemos que unos afectan a los otros y viceversa. La clasificación sería la siguiente: 9 •Confort térmico •Confort acústico •Confort lumínico •Confort olfativo •Confort visual •Confort psicológico


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Así, habiendo aislado el concepto, podemos definir confort acústico como:

estado de satisfacción o de bienestarfisico y mental del ser humanoen en su percepción auditiva, en un momento dado y en un ambienteespecífico. 10

Ambientes acústicos Sabemos que el ser humano funciona diariamente por medio de un sistema que incluye los cinco sentidos, donde la vista es el de mayor uso, seguido en importancia por el sentido del oído y finalmente los llamados sentidos menores: el olfato, el gusto y el tacto. El oído es un sentido de percepción fundamental, a tal grado, que sin él o parte de él, quedaríamos aislados de manera importante. 11 Las personas utilizan en ocasiones el sentido del oído de forma un tanto automática, llegan a acostumbrarse a su medio, que a veces es bastante agresivo desde el punto de vista acústico. Por ejemplo: las familias que habitan en las cercanías de los aeropuertos, que están sometidas a la emisión de niveles acústicos muy altos y constantes y, sin embargo, "ya están acostumbradas". Lo mismo sucede con personas que viven a la orilla de vías muy transitadas, con tráfico pesado o ferrocarriles. El sentido del oído lo notamos en el momento que tenemos que usarlo de manera consciente, al escuchar el radio, la TV, música o cuando debemos poner atención a alguna charla, conferencia o disertación. En estos casos llegamos a quejarnos de que no se escucha bien y normalmente se lo imputamos a la persona, al aparato emisor o al ruido. Pocas veces nos referimos al espacio, a la instalación o al recinto donde se lleva a cabo la audición, como el causante de la deficiente audición y, srn embargo es, en la mayoría de las veces, precisamente la causa de ello. •El proceso de escuchar consta de tres partes: 12 - La fuente sonora - Las superficies reflejantes y absorbentes del espac10 - El oído del receptor •De aquí que para escuchar dependemos en gran medida de la arquitectura Cada tipo de edificio y de recinto o espacio arquitectónico puede evocar uno o varios ambientes acústicos. Por ejemplo, en ámbitos educativos, serán muy diferentes los ambientes que se generan en aulas de una escuela primaria , que los que se dan en una universidad, e inclusive en cada uno de estos tipos pueden encontrarse ambientes distintos. En ámbitos comerciales tenemos diversos ambientes: en una plaza comercial, en un mercado público o en un supermercado. Lo mismo sucede en ámbitos de salud, por ejemplo el ambiente de un hospital de la Cruz Roja será muy diferente al de uno privado, y cada área dentro de ellos presenta un ambiente distinto.

10 Fausto Rodríguez M., ConfortAetístico, un problema arquitectónico, V Congreso Mexicano de Acústica, Querétaro, Qro., 1998. 11 ] ozef Cohen, Sensación y Percepción Auditiva y de los Sentidos Menores; México, Trillas, 1973. 12 Y. Xu, Listening to Sound, the Criteria o/ Perception, Techniques et Architecture, Mayo, 1990.

185


La pregunta es: ¿existe un ambiente acústico típico para cada actividad y espacio? Un tipo de edificio complejo puede constar de cientos de espacios destinados a contener una muy amplia variedad de actividades. Muchos de los espacios son de uso múltiple y deben atender a más de una actividad, ya sea ocasional, alternada o simultáneamente. A veces sucede además, que un ambiente acústico óptimo para una actividad puede ser incompatible para otra. Tenemos que tomar en cuenta un hecho innegable, el ambiente de las ciudades y los edificios se está volviendo cada día más ruidoso; los edificios requieren de mayor ventilación, clima controlado y muchos otros sistemas, entre los que se encuentran los de sonido, sistemas todos que son cada día más sofisticados. Ambientes acústicos distintos se están creando alrededor de este tipo de tecnologías. Se requiere de normas en todos los campos relacionados con el ambiente, que regulen la forma de diseñar y construir los nuevos edificios, pero también de herramientas accesibles para los profesionales del diseño y la construcción, que los ayuden a tomar decisiones en materia ambiental. Para poder diseñar un ambiente, primero hay que definirlo de tal forma que el aspecto de la subjetividad no confunda el objetivo. Para ello tenemos que definir la actividad auditiva que se va a desempeñar en el lugar y las condiciones de audición alrededor de una actividad específica. Lo que constituye un estado de audición adecuada depende de lo que el oyente esté tratando de realizar. Esto es la base de definición de las condiciones acústicas adecuadas o inadecuadas. Las actividades auditivas deben plantearse en términos de acciones individuales como dormir, estudiar, oír música, conversar, atender una conferencia, discutir asuntos, etcétera. O bien, como se desarrolla con otro tipo de análisis arquitectónico, definiendo espacios con actividad implícita como auditorios, restaurantes, salas de concierto, aulas, salones de conferencias, oficinas, tiendas, pero en ambos casos tomar en cuenta los aspectos que afectan la audición humana. Estas condiciones de audición deberán establecerse con toda objetividad y en términos mensurables, tomando en consideración el sonido, sus propiedades, la audición, la acústica del recinto, el grado de privada requerido y el análisis del ruido que se introduce. Deben definirse metas de di;;eño acústico para asegurar un ambiente confortable y eficiente para la audición humana. Aunque el juicio lo tiene la persona que desarrolla la actividad, las condiciones acústicas se han de crear en torno a las características de una actividad general y no individual. Es importante que el diseñador considere anticiparse a los problemas, entendiendo los que pueden presentarse y planteando las estrategias para evitar o disminuir, en lo posible, los efectos nocivos.

Indicadores del confort acústico En esta secc10n se revisan los aspectos que de alguna forma pueden ayudar a determinar el estado de confort acústico de un espacio de acuerdo con su función.


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Dentro de la acústica arquitectónica se han desarrollado diversos criterios para evaluar distintas situaciones dentro de los llamados recintos, como se conocen los espacios arquitectónicos dentro de esa disciplina. De esos criterios se han seleccionado los que mayor relación tienen con cualquier espacio arquitectónico, y que de alguna manera lo caracterizan y son los que a continuación se presentan: •Los niveles de presión sonora •El grado de absorción sonora •Los tiempos de reverberación recomendables •El grado de aislamiento del recinto •Los criterios de sonido ambiental Los niveles de presión sonora en dBA El oído humano no interpreta de igual manera toda la energía del espectro audible, sino que discrimina algunos sonidos de baja frecuencia y otros los perciben en apariencia más intensos en la región de frecuencias medias y airas que en la de frecuencias bajas. Se han incorporado filtros electrónicos o sistemas de compensación a los sonómetros para simular este tipo de percepción humana. Así se desarrollan las escalas de medición A y C. La escala C es materialmente una suma de valores cuyo resultado es un valor denominado dBC. La escala A corresponde a la forma en que el oído humano responde a la intensidad de los sonidos. Los de frecuencias bajas se han filtrado compensando e inclusive ignorando frecuencias, de la forma en que el oído lo hace, ese valor resultante es el que aparece denominado como dBA. Tales niveles dBA son los descriptores más comunes de los sonidos conocidos. Son adecuados para el análisis simplificado de muchos problemas y para la especificación de pruebas acústicas sencillas, ya que el contenido de las frecuencias está implícito. A continuación se presenta una serie de tablas que muestran algunos niveles comunes de presión sonora y los efectos en la percepción de dichos niveles.

Tab/,a 1. Respuesta subjetiva a cambios en hs niveles sonoros13 Rango del cambio

Respuesta subjetiva

1 a3 dB

Apenas perceptible en recintos típicos y laboratorios

5 dB

Claramente distinguible en la mayoría de los espacios

10 dB

Percibido al doble o a la mitad de intensidad

20 dB

Mucho más intenso o mucho menos intenso

13 William J Cavanaugh and Joseph A. Wilkes, Architectural acoustics, John Wiley & Sons, 1999.

187


Tabla 2. Niveles de presión sonora en dBA 14 Ambiente/foente sonora NiveldBA

Exteriores

Interiores

cortadora de césped a 1.5 m

86

arena música rock vivo

disparo a 75 m

106

sala audiovisual

94

calle tranquila

45

auditorio aplausos

88

a 50 m de tráfico denso

63

aula

78

borde autopista transitada

75

sala de cómputo

84

aeroplano a 900 m

78

gimnasio

90

calle ruidosa

87

cocma

81

calle suburbana por la noche

40

laboratorio

77

biblioteca

68

cuarto de máquinas

88

sala de ensayo musical

Sonidos comunes a lm

14 William J. Cavanaugh, and Joseph A. Wilkes, op. cit. y M. David Egan, Architecural acoustics, Me Graw Hill 1988.

121

100

área de recepción y lobby

78

salida Me silencioso

45

estación de radio

28

conversador tranquilo

63

residencia tranquila

39

salida Me ruidoso

70

oficina privada

50

máquina registradora

79

radiograbadora

51

conversador voz alta

78

tienda menudeo

55

telares mecánicos

92

oficina general

64

sierra a motor

96

oficina fábrica

68

perforadora/ riveteadora

1O1

estación trabajo industria

85

cepillo para maderería

103

cafetería escolar

84

Introducción a la Arquirecrura Bioclimárica

188

Tabla 3. Efecto de niveles sonoros en la audición humana dBA 15

Nivel sonoro en dBA

Efecto

65

a este nivel sonoro se pueden crear molestias, pero el resultado es sólo psicológico. Sobre este nivel se pueden presentar efectos fisiológicos, tales como fatiga mental y corporal

90

muchos años de exposición a este nivel sonoro normalmente causa pérdidas auditivas permanentes

100

con periodos cortos de exposición a este nivel sonoro la agudeza auditiva puede dañarse temporalmente, y por periodos prolongados causará daños irreparables a los órganos auditivos

120

es doloroso

150

causa pérdida instantánea de la audición

15 S. V. Szokolay, Environmental Science Handbook, The Consrrucrion Press, 1980.

189


Tab/,a 4. Límites de exposición permisible a niveles de presión sonora en dBA, según OSHA 16 Duración de la exposición en horas

Nivel sonoro permisible en dBA

8

90

6

92

4

95

3

97

2

100

l.~

102 105

16 James P. Cowan, Handbook ofenvironmental acoustics; VNR, 1994.

0.5

110

0.25 o menos

115

El grado de absorci6n de los materiales y elementos Los materiales para la absorción sonora como las alfombras, los plafones, las losetas y otros materiales especiales pueden absorber cantidades notables de energía acústica. La eficiencia de un material se da por su coeficiente de absorción. Éste coeficiente es la razón entre el sonido incidente en una superficie y el sonido reflejado en la misma superficie y varía de O a 1, donde O es total reflexión y 1 es total absorción. Los coeficientes se determinan por mediciones en laboratorios especializados. Un valor que se usa y acepta de manera comercial y que describe el promedio de las características de absorción de los materiales acústicos, es el coeficiente de reducción de ruido NRC, que es el promedio aritmético de los coeficientes de absorción sonora medidos en las frecuencias de 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz y 2000 Hz, redondeado a la fracción 0.05 más cercana. En general se alcanza una absorción efectiva cuando los coeficientes exceden el valor de 0.4 y los materiales con coeficientes de 0.8 o mayores se consideran materiales absorbentes por excelencia. El NRC puede considerarse como coeficiente de absorción promedio de un material, cuando no sea necesario tomar en cuenta frecuencias menores a 250 Hz y mayores a 2000 Hz, en cuyo caso deberá realizarse un análisis especial. Las siguientes tablas muestran el grado de absorción en coeficiente NRC para diversos materiales.


190

Tabla 5. Comportamiento de absorción acústica de algunos materiales comuneP

Material

NRC

Tabique No vidriado No vidriado pintado

0.05 0.00

Alfombra 1/8" altura de pelo 114" altura de pelo 3116" altura de pelo y bajo alfombra 5/16" altura de pelo y bajo alfombra

0.15

025 0.25 0.30

Block de concreto Pintado Rugoso

0.05 0.35

Telas Velour liviano, 340 gr/m 2 colgada directo sobre la superficie Velour mediano, 475 grlm 2 colgada en la mitad del área 2 Velour pesado, 610 gr/m colgada en la mitad del área

0.15 0.55

Fielrro, algodón

0.30

Concreto o terrazo Loseta Linoleum, asfalto, hule o corcho sobre concreto Madera Parquet de madera en asfalro sobre concreto

0.00 0.05 0.10 0.05

6 mm, sellado en grandes paneles

0.05 0.05

0.60

Pisos

Vidrio Ventanas operables cerradas

Panel yeso 13 mm clavado posre 2x4 @ 40 cm descentrado, pintado

0.05

Loseta de mármol o vidriada

0.00

Panel divisorio p/oficina abierta, 5 cm, fibra con tela, 9 Kg/m

2

0.70

Aplanado, enyesado acabado rugoso acabado liso

0.05 0.05

Panel de madera, 1/ { espesor armazón de madera

0.10

Barrera acolchada 3/4" espesor

0.70

Block resonador 20 cm

0.70

Fibra de celulosa espreada l"

0.75

Superficie agua sin ondulaciones

0.00

17 James P. Cowan, op.cit.


191

Tabla 6 Características generales NRCpara materiales comunes1 8

Características de absorción

NRC

Materiales

1.0

0.9

Materiales diseñados específicamente para una gran absorción

0.8

Muy absorbente

0.7

0.6

0.5

Placas porosas plafón suspendido Audiencia en butacas tapizadas

Cortina pesada Pasto Asientos sin tapizar

Suelo áspero Audiencia en butacas de madera o metal Absorción moderada

0.3

Alfombra pesada sobre concreto

- - - - - - - - - - - - - - - 0.2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

0.1 Reflejante

o 18 James P. Cowan, op. cit.

Asientos de metal o madera desocupados Alfombra ligera multiusos Árboles Cortina ligera Ventana de cristal, paneles de madera Enyesado, panel de yeso Concreto liso, tabique pintado, mármol, loseta pulida, superficie del agua

192


Los tiempos de reverberaci6n recomendados El grado de absorción de un recinto afecta la persistencia del sonido en el mismo cuando una fuente sonora se apaga. El tiempo de reverberación es directamente proporcional al volumen del espacio e inversamente proporcional a la absorci6n total presente, de acuerdo con la siguiente expresión: 19

donde, T 60 = Tiempo de reverberación del recinto en s V =Volumen del espacio del recinto en m 3 A =Absorción total presente en el espacio en sabines métricos (m 2)

En la mayoría de los casos el volumen del espacio del recinto es una constante, generalmente establecido por otro criterio de diseño. Así que la herramienta más efectiva para la manipulación del tiempo de reverberación del recinto, es la modificación de la absorción, mediante el grado de absorción de los materiales de las superficies y de los elementos internos del recinto. Para definir reverberaciones adecuadas cuando no se trata de espacios acústicamente críticos, sólo se requiere entender el grado de vivacidad o de extinción sonora que el recinto requiere, de acuerdo a la actividad que ahí se desarrolle y el propósito del espacio. En todo caso deberán prevalecer las condiciones de inteligibilidad del lenguaje si la comunicación y el uso del teléfono son importantes. No existen tiempos de reverberación óptimos 20 universalmente aceptados, ya que en gran parte se trata de una cuestión de preferencias.

Tabla 1. Tiempos de reverberación recomendados para algunos tipos de espacia21 Activichdauditivagmérica

úúidad

Tr¡/)ens

muy corro

0.4 - 0.6

silencio

corro

0.5 - 0.9

atención - lenguaje

Foros de teatro, producciones dramáticas privadas

corto a medio

0.8 - 1.2

audición - lenguaje

Salas de conferencia

corro a medio

0.6

Cines

corro a medio

0.7 - 1.3

atención

Teatros pequeños

medio

1.1 - 1.5

audición - lenguaje, música

Auditorios escolares

medio a prolongado

1.3 - 1.9

audición - lenguaje, música

Auditorios generales

medio a prolongado

1.4

1.9

audición

lenguaje, música

20 Michael Rettinger, Handbook ofArchitectural Acoustics and Noise Control,TAB Books, 1988.

Iglesias a caredrales

prolongado

1.2 - 3.4

audición

lenguaje, música

21 T. Newman, op. cit.

Tipo de espacio Estudios de grabación y radiodifusión Aulas escolares

1.4

lenguaje

atención, privada - lenguaje

lenguaje

19 Expresión desarrollada por W.C. Sabine en Harvard, Boston, EUA a finales del siglo XIX.

Confort acústico ~n la arquitectura

193

El grado de aislamiento Una propiedad acústica de un elemento aislante es su habilidad para resistir la vibración al chocar con ondas sonoras y disipar así cantidades significativas de energía. La capacidad de reducción sonora de una construcción se mide por su pérdida de transmisión sonora (TL). Para propósitos de diseño y especificación, un descriptor numérico único se ha establecido para indicar la capacidad de aislamiento acústico de un sistema divisorio. Este número es la Clase de transmisión sonora STC. En general el STC puede tomarse como un valor que se aproxima mucho al valor de la TL en la frecuencia de los 500 Hz o en el rango medio de frecuencias . 22 Como el método de clasificación prevé deficiencias de hasta 8 dB y una suma de deficiencias no mayor a 32 dB es aconsejable considerar una disminución de 2 a 4 dB en el valor, como sigue:

STC - 2 a 4dB = TL 500 donde, STC = Clase de transmisión sonora TL 500 =Pérdida de transmisión sonora en la banda de 500 Hz Si un material está clasificado como STC 52 se puede considerar, sólo para casos que no son críticos acústicamente, que el valor de pérdida de transmisión sonora en la banda de 500 Hz será de 48 dB a 50 dB. Estas medidas se pueden tomar en ausencia de datos de TL, aspecto como anteriormente se indicó, muy común en nuestro país. Los valores de TL de mayor utilidad son los que corresponden a las bandas de frecuencia de los 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz y hasta los 4000 Hz, rango que coincide con las frecuencias importantes de la inteligibilidad del lenguaje.

Tabla 8. Grado de aislamiento de algunos materiales y elementos divisorios23

22 W. Cavanaugh, op. cit. 23 James P. Cowan, op. cit.

Material/ Elemento divisorio

STC

Vidrio3mm

26

Vidrio laminado 7 mm 13 mm 19 mm

36 40 43

194


Vidrio doble

Tabla 8. Continuación

Vidrio 3 mm, aire 6 cm

37

Vidrio 6 mm, aire 6 cm

40

Vidrio 5 cm y 6 cm, aire 12 cm

48

Cubierta metálica calibre 22

45

calibre 16

52

Puerta de madera 4.5 cm espesor, tambor, 7.5 kg/m 2

19

4.5 cm espesor, sólida, 22 kg/m', sellada

34

Puerta metálica 4.5 cm espesor, 13 kg/m 4.5 cm espesor, 57 kg/m

2

28

2

43 50

Losa de concreto, 20 cm

Muros Panel 13 mm a cada lado, postes 2x4@ 40 cm

35

Igual anterior pero con 5 cm de aislamiento

37

Igual anterior pero 2 paneles de 5/8"

a cada lado,

@

40

61 cm

postes 2x4 alternados @ 40 cm

Panel 13 mm sobre postes metálicos de 9 cm, @ 61 cm

51 39

Mampostería de concreto 108 kg/m 210 kg/m 386 kg/m

2

43

2

49

2

56

Muro de tabique, ladrillo 10 cm, 190 kg/m

2

10 cm, 2 cm aplanado, 205 kg/m 20 cm, 405 kg/m 30 cm, 571 kg/m

45 2

50

2

52

2

59

Panel de yeso l/2"

28

5/s"

29


195

Tabla 9. Grado de privacidadpor STCy elementos divisorios24

Grado de privacidad acústica

STC

Elemento divisorio

Límite práctico

-70-

Dos muros de block de concreto de 15 cm con yeso en ambas caras sobre postes de acero con un espacio de 1O cm de aire entre fibra de vidrio y relleno aislante.

Privada total (sólo se escuchan ruidos muy altos en un ambiente sonoro bajo)

-60-

Dos capas de panel de yeso de 5/8" de cada lado de postes de acero alternados con una cavidad de 8 cm y relleno aislante de fibra de vidrio.

Panel de yeso de 13 mm en ambos lados, postes alternados de madera de 2 x 4 y cavidad de fibra de vidrio

Privada adecuada (sólo se escuchan voces elevadas en ambiente sonoro bajo)

-50Block de concreto de 15 cm con yeso en ambos lados Especificación típica constructiva entre residencias

-40Panel de yeso de 5/8" en ambos lados, postes de acero de 2 1f Puerta de acero rellena de fibra de vidrio y sellada Panel de yeso de 13 mm en ambos lados, postes de madera de 2 x 4 Puerta de madera sólida sellada Ventana doble vidrio típica Ventana sencilla vidrio de 3 mm

z"

Alguna privada (se escuchan voces en ambientes sonoros bajos)

-30-

-20-

Puerta típica de tambor de madera sellada Puerta típica de tambor de madera sin sellar Sin privada (se escuchan voces claramente entre los recintos)

24 James P. Cowan, op. cit.

-10-

Material de absorción acústica tí pico

- O-

Puerta o ventana abierta, sin división

196


Los criterios de ruido de fondo Los niveles generales conocidos como de ruido de fondo o niveles sonoros ambientales en un espacio, son un componente en extremo importante del ambiente acústico del recinto. Forman, por así decirlo, "un piso acústico" o base sonora contra la cual se definen los sonidos deseables y los indeseables en el espacio. Un sonido de fondo continuo puede enmascarar tanto los sonidos intrusivos en un espacio, como aquellos transmitidos desde un espacio adyacente. Así como existe gran variedad de tipos de espacio en los edificios, igual hay variedad de tipos y niveles de sonido de fondo. Para ello ha sido necesario desarrollar herramientas para clasificar esos tipos y niveles de sonido de fondo, como lo son las curvas NC, PNC, NCB y las RC. A continuación se muestra una tabla con criterios de ruido de fondo recomendados en espacios arquitectónicos típicos. Se describen en términos de NC y dBA, también se presenta una tabla con las posibilidades de comunicación de acuerdo con el nivel de ruido de fondo.

TaMa 1O. Posibilidadde comunicación hablada en diversos niveles sonoros defimdo'5

Nivel sonoro defondo

dBA

Esfoerzo de voz requerido y distancia

Tipo de comunicación posible

Uso de teléfono

55

Voz normal a 3 m

Comunicación relajada

Satisfactorio

65

Voz normal a 1 m Voz elevada a 1.8 m Voz muy alta a 3.6 m

Comunicación continua

Satisfactorio

75

Voz elevada a 60 cm

Comunicación intermitente

limitado Voz muy elevada a 1.8 m Gritos a 2.5 m

85

Voz muy elevada a 30 cm Gritos entre 60 y 90 cm

Comunicación mínima (deseable predisposición a un vocabulario restringido)

Imposible

25 W. Cavanaugh, op. cit.

197


Tabla 11. Criterios recomendados para ambientes sonoros de fondo estables en espacios arquitectónicos típicoi6

Tipo de espacio I actividad

Criterio NC

dBA

Espacios de trabajo donde la comunicación hablada y telefónica no se requieran

60-70

65-75

Talleres, estacionamientos, cuartos de equipo

45-60

52-65

Cocinas, lavanderías

45-60

52-65

Talleres ligeros de mantenimiento, cuarto computadora

45-55

52-61

Talleres de dibujo, aulas - taller escolares

40-50

47-56

Oficinas generales y secretariales

40-50

47-56

Laboratorios, clínicas, salas de espera

40-50

47-56

Vestíbulos públicos, corredores, espacios de circulación

40-50

47-56

Tiendas, alamacenes, restaurantes y cafeterías

35-45

42-52

Grandes oficinas, área de secretarias, áreas de descanso

35-45

42-52

Estancias y comedores residenciales

30-40

38-47

Aulas generales, bibliotecas

30-40

38-47

Oficinas privadas y semiprivadas

30-40

38-47

Recámaras, hoteles, departamentos con aire acondicionado

30-40

38-47

Recámaras, residencias privadas, hospitales

25-35

34-42

Oficinas ejecutivas, espacios de conferencia

25-35

34-42

Auditorios pequeños de uso general (menos de 500 asientos), salas de conferencia, proyección

35 (máximo) 42 (máximo)

Templos


Estudios de radio, TV y grabación pequeños


Auditorios grandes para música sin amplificación y drama


Grandes estudios de radio y grabación


Salas de concierto y recitales, teatros para ópera


26 W. Cavanaugh, op. cit.


198

Una propuesta de clasificación del confort acústico 27 Se han presentado las herramientas e indicadores para definir diversos ambientes acústicos, ya sean estados estrictamente descriptivos, límite, de bienestar o estados acústicos recomendables para diversas actividades o funciones. Estas herramientas e indicadores se han combinado para poder realizar una propuesta de clasificación del confort acústico, basada en actividades o tareas auditivas y en funciones específicas del espacio arquitectónico. Para una clasificación del confort acústico el primer paso ha sido definir grandes grupos de ambientes acústicos posibles, y a partir de ahí se han abierto en forma de árbol, usos y tipologías arquitectónicas aplicables y características de cada ambiente específico. Ya se indicó anteriormente que lo que constituye una siruación de audición adecuada, en otras palabras escuchar bien, depende de lo que el que escucha esté tratando de hacer y esto se define como una actividad o tarea auditiva. Este es el primer paso para definir un estado de confort acústico. Así puede derivarse una clasificación de los tipos de actividades auditivas, basados en las recomendaciones para ambientes sonoros de fondo y los tiempos de reverberación aceptables. De la misma forma, los espacios se pueden clasificar por tipos acústicos y usos. Las siguientes clasificaciones son una base para determinar el grado de confort acústico requerido de acuerdo con la actividad y el espacio, e indican las metas que se deberán alcanzar como mínimo en términos del nivel sonoro ambiental y de calidad acústica. Estas clasificaciones se han construido tomando como herramientas las clasificaciones de criterios de ruido de fondo y los tiempos de reverberación óptimos, y están dirigidas a servir como guía para el análisis y balance acústico de los espacios. De esta forma se propone una caracterización del confort acústico en los espacios arquitectónicos.

27 Fausto Rodríguez M., "Hacia una clasificación del Confort Acústico en Arquitectura"; en Memoria del V7

Congreso Mexicano de Acústica, Oaxaca, México, 1999.

199


Tabla 12. Clasificación de las actividades auditivas y sus condiciones para el confort acústico

Auditivas

Actividades Genérica

Específica

Condiciones para confort acústico Sonido Ambiente dBA

Silencio (requiere asesoría especializada)

Grabación Radio y TV

20- 30

Audición (requiere asesoría especializada)

Presentación

25 - 35

Calidad acústica

Tw difuso-apagado apagado corto VIVO

música s/amplificar ópera

prolongado medio moderado/Inteligible

teatro s/amplificar

medio Ceremonias religiosas Atención (aconsejable asesoría especializada)

Difusión y educación conferencias

docencia lectura Atención médica estancia

30-35

moderado/inteligible corto a medio

35 - 45 moderado/inteligible

30-35

corto

corto a medio

cirugía

recuperación

Entretenimiento función cines Atención general juzgados, exposición Privada

moderado/inteligible medio a prolongado

Trabajo privado, semi privado Reunión trabajo, conferencia social

35-40 35-40

moderado/inteligible

30

40

corto

moderado/inteligible corto

35 -45

corto a medio

45


35

Estar y descanso

moderado/inteligible corto a medio moderado corto a medio

sueño estar

comer


Co ncen rració n estudio Comunicación

privada negocios abierta comunicación telefónica General

moderado/inteligible

Conversación

comunicación general

hasta 55

corto corto

hasta 65

moderado medio

Circulación

tránsito

hasta 65

moderado a vivo medio

Servicio e industria

trabajo y actividad industrial

hasta 65

moderado medio

200


Tabla 13. Clasificación del confort acústico en espacios y usos arquitectónicos

Tipo

Espacios / usos

Grado de confort

Nivel sonoro ambiental dBA

Espacios con requerimientos acústicos críticos: teatros, auditorios, estudios de grabación; se requiere de la intervención de un consultor o especialista

20

Oficinas ejecutivas, salas de conferencia, recámaras, cuartos de hotel y hospital, auditorios pequeños

35-40

Oficinas semiprivadas, aulas escolares, bibliotecas, estancias y comedores residenciales

35 - 45

Oficinas abiertas, áreas secretariales, salas de estar, tiendas, restaurantes, cafeterías

40 - 45

Público E

Lobbies, corredores, espac10s de circulación, salas de espera, clínicas, laboratorios, oficinas generales, talleres escolares, salas de dibujo

45

Ruido moderado

Talleres ligeros, cuartos de cómputo, cocinas, lavanderías, grandes tiendas, almacenes, estacionamientos

50 - 65

Industria y espacios sm requerimientos de comunicación e intercomunicación continua

65

Aislado

A

Privado

B

Moderado

e General

D

F

Ruido general

G

35

Calidad acústica

Variable: vivo para música, moderado donde se requiere inteligibilidad, apagado en estudios El T 60 es corto para estudios, corro a moderado para inteligibilidad en teatros y auditorios, prolongado para música sin amplificar. moderado / inteligibilidad

corto a medio

moderado, inteligibilidad

corto

moderado

medio

50

moderado

medio

moderado a vivo

medio

75

moderado a vivo

medio a prolongado

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Introduccion a La Arquitectura Bioclimatica v2

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