Arquitectura Pasiva y Eficiente | La Importancia de la Orientación

La orientación de los edificios es un aspecto fundamental a la hora de controlar la demanda energética de los edificios, pues de ella depende el efecto que el viento y, en especial la radiación solar, tendrán sobre el inmueble.

La optimización de la orientación de un edificio para aprovechar la acción del viento es una estrategia interesante de cara a reducir la demanda de refrigeración, sobretodo en climas de tipo tropical, en los que es posible reducir de manera sencilla la temperatura interior de los edificios sin consumir energía. No obstante, el efecto real de un sistema de ventilación natural es difícil de cuantificar, y mucho más de controlar, y requiere de un análisis local, exhaustivo, en el que se tenga en consideración no sólo el propio inmueble, sino su localización, geometría, orientación, así como las características de su entorno.

En cualquier caso, en España es imprescindible, para dar cumplimiento al RITE y, en edificios residenciales al CTE DB HS3, contar con sistemas de ventilación capaces de garantizar unas condiciones controladas y permanentes de renovación del aire, e incluso de filtrado. Por ello, la ventilación de los edificios eficientes se resolverá, por lo general, no con sistemas naturales, sino empleando sistemas mecánicos de doble flujo, con recuperadores de calor de alto rendimiento, tal y como explicaremos en el artículo correspondiente a las estrategias de ventilación. Consiguientemente, la optimización arquitectónica a nivel de orientación se centrará fundamentalmente en la interacción del edificio con la radiación solar incidente.

Todo edificio situado bajo la bóveda celeste se verá afectado por la radiación proveniente del sol, y la cantidad de radiación percibida dependerá de múltiples factores, como son los elementos remotos que arrojen sombras sobre éste, los elementos locales que hagan lo propio, las características y color de sus materiales, etc. Igualmente, el efecto de la radiación variará en función de la orientación de cada uno de los planos que configuran la envolvente arquitectónica, y por ello deberá cuidarse muy bien su disposición y configuración.

En los climas de tipo mediterráneo, y especialmente en el mediterráneo continentalizado que presenta el interior de España, con inviernos son bastante fríos, será esencial garantizar que durante el periodo invernal, la mayor cantidad de radiación solar posible caliente el interior de los edificios, de tal forma que se reduzca la demanda de energía en régimen de calefacción. Para lograr esto, resultará imprescindible contar con una envolvente abierta, fundamentalmente hacia el sur, con grandes huecos capaces de absorber la máxima radiación solar posible.

En general, sería posible afirmar que en climas mediterráneos, el edificio ideal a nivel de orientación es aquel que presenta una geometría alargada, con una gran fachada con un alto porcentaje de huecos abiertos al sur, no demasiados huecos abiertos al este y al oeste -pues estas orientaciones no aportan grandes ganancias durante el invierno y sin embargo sí lo hacen en verano-, y apenas huecos abiertos al norte, pues en dicha orientación nunca se producirán ganancias solares a través de los huecos y, sin embargo, teniendo en cuenta que la transmitancia térmica de estos es mucho más elevada, se perderá más energía cuanto mayor sea la superficie de los mismos.

Es preciso subrayar que, si bien la exposición de un inmueble a la radiación solar tendrá un efecto positivo en invierno, en verano producirá el efecto contrario, especialmente en climas mediterráneos, donde las temperaturas estivales son altas. Consiguientemente, será preciso emplear otras estrategias de diseño complementarias a las de orientación, que limiten las ganancias en verano, como se verá en posteriores artículos.

SIMULACIÓN ENERGÉTICA | ARQUITECTURA EFICIENTE: LA ORIENTACIÓN

En esta y posteriores entregas, recorreremos un abanico de estrategias de diseño arquitectónico encaminadas a mejorar la eficiencia energética de los edificios, cuantificando su efecto mediante simulaciones energéticas por ordenador. Para ello, trabajaremos sobre un sencillo edificio base, de tipo residencial unifamiliar, de dos dormitorios, un baño y un salón-cocina-comedor.

Situación de partida

En su situación de partida, el inmueble cuenta con una demanda energética total de 123,20 kW·h/m²·año, de los cuales 73,6 kW·h/m²·año corresponden al régimen de calefacción y 49,6 kW·h/m²·año al régimen de refrigeración. Nuestro objetivo será realizar las modificaciones que sean precisas para reducir ambas demandas energéticas hasta alcanzar valores inferiores a 15 kW·h/m²·año, consiguiendo un edificio eficiente, de consumo casi nulo (NZEB); una casa pasiva.

Estas son las características principales del edificio en su situación actual:

Orientación: Sin determinar aún

Fachada: Ventilada; U = 0,52 W/m2·K

Cubierta: Vegetal; U =   0,37 W/m2·K

Solera: Sin aislar; U = 0,76 W/m2·K

Carpinterías: PVC; U = 2,2 W/m2·K; color claro

Puerta: Madera; U = 1,79 W/m2·K

Vidrio = 4/10/6; U = 2,9W/m2·K; g = 0,76

Ventilación = Según CTE DB HS3

Sombreamiento local = Ninguno

Elementos remotos: Ninguno

Control puentes térmicos: Ninguno

Optimización de la demanda energética a través de la orientación

A continuación, comprobaremos cómo varía la demanda energética en función de la orientación del edificio. Teniendo en cuenta el diseño arquitectónico propuesto, por las razones expuestas anteriormente, los mejores resultados deberán obtenerse en orientación sur; no obstante, simularemos cuatro hipótesis de simulación (norte, sur, este y oeste) para probarlo.

La siguiente leyenda refleja los conceptos reflejados en las tablas y gráficos adjuntos:

A. Orientación Sur

Demanda de calefacción: 57,1 kW·h/m²·año

Demanda de refrigeración: 43,8 kW·h/m²·año

B. Orientación Norte

Demanda de calefacción: 87,5 kW·h/m²·año (+53,24% respecto de la orientación sur)

Demanda de refrigeración: 28,8 kW·h/m²·año (-34,25% respecto de la orientación sur)

C. Orientación Oeste

Demanda de calefacción: 73,6 kW·h/m²·año (+28,90% respecto de la orientación sur)

Demanda de refrigeración: 49,6 kW·h/m²·año (+13,24% respecto de la orientación sur)

D. Orientación Este

Demanda de calefacción: 70,8 kW·h/m²·año (+23,99% respecto de la orientación sur)

Demanda de refrigeración: 42,2 kW·h/m²·año (-3,65% respecto de la orientación sur)

Conclusiones y estrategia de eficiencia energética

Al orientar hacia el sur la fachada con mayor acristalamiento del inmueble, reducimos significativamente la demanda de calefacción del edificio (hasta incluso en más de un 50%), toda vez que se produce un incremento de las ganancias solares a través de los elementos translúcidos de éste.

Es cierto que a nivel de refrigeración la elección de una orientación sur no es la mejor opción, pero la optimización de dicha demanda pasará por otra serie de estrategias de protección solar, esencialmente de sombreamiento local, por lo que resulta despreciable el hecho de que al orientar el edificio de esta forma la demanda de refrigeración sea algo superior a la de otras situaciones.

En posteriores entregas continuaremos trabajando con otros aspectos fundamentales para generar arquitectura eficiente, como son las propiedades de los cerramientos opacos, la optimización de los huecos, la ventilación, la protección solar o los puentes térmicos, de tal forma que logremos limitar la demanda energética a valores por debajo de 15 kW·h/m²·año tanto en régimen de calefacción, como en régimen de calefacción. Nuestro objetivo es conseguir una casa pasiva, eficiente; un edificio de consumo casi nulo (NZEB).

Pueden obtener más información sobre certificación energética de edificios y proyectos de arquitectura eficiente en la página web de nuestro estudio de arquitectura.  También pueden ponerse en contacto con nosotros y realizarnos cualquier consulta a través del teléfono 91 376 61 27, por correo electrónico a través de info@fundamentarq.com, o a través del apartado contacto de nuestra página web. Fundamenta Arquitectura, Arquitectos de Madrid.