1. Introducción: sostenibilidad y coste de la edificación
Una de las preguntas que con más frecuencia se plantea al abordar un proyecto de arquitectura medioambiental es si su coste es mayor que el de la construcción convencional. La respuesta exige matices.
Es cierto que la aplicación de estos conceptos requiere un aprendizaje previo, ya que se trata de planteamientos nuevos. Sin embargo, esto no tiene por qué traducirse en un coste adicional, ya que, en esencia, se trata de concretar una arquitectura más sensible a los costes ambientales derivados de su actividad, lo que incide, sobre todo, en una mayor eficiencia energética.
No obstante, es posible que determinados elementos del proyecto, como la implantación de sistemas de captación de energía, el empleo de sistemas constructivos específicos, el cuidado extremo en la ejecución de la obra, la catalogación y gestión de los residuos de construcción y demolición o la utilización de materiales no habituales, supongan un sobrecoste respecto de la construcción convencional.
Ese sobrecoste, en muchos casos, se compensa con el tiempo. La instalación de paneles solares, por ejemplo, representa un ahorro diferido, con periodos de amortización conocidos de antemano, a los que se suman los beneficios ambientales colectivos derivados de la reducción del consumo de energías no renovables y de la disminución de las emisiones contaminantes.
Además, debe tenerse en cuenta que los estudios previos necesarios para un proyecto de estas características son de mayor envergadura, por lo que resulta recomendable la participación de distintas disciplinas, incluidas las técnicas formadas en ciencias ambientales.
| Idea clave
El diseño bioclimático no implica, por sí mismo, un aumento de los costes. Supone la materialización de una arquitectura más eficiente energéticamente, que puede requerir una inversión inicial en tecnología, pero se amortiza con el tiempo y genera beneficios ambientales colectivos. |
A partir de estas premisas, el proyecto arquitectónico puede incorporar una serie de estrategias de acondicionamiento pasivo que solo requieren el conocimiento previo del entorno y el uso adecuado de los parámetros que lo determinan: la incidencia solar, el régimen de vientos, la pluviosidad y la vegetación circundante. Estos parámetros constituyen la base de las estrategias que se desarrollan en los apartados siguientes.
2. El soleamiento como recurso pasivo
2.1. La radiación solar como fuente de calor
Desde siempre se ha conocido la necesidad de dotar a los edificios de espacios habitables con iluminación natural. A partir de esta premisa, es posible aprovechar la fracción infrarroja de la radiación solar incidente, capaz de aportar energía calorífica, mediante estrategias que permitan capturarla, almacenarla y utilizarla para acondicionar el ambiente interior.
Para lograrlo basta con exponer los espacios habitables a la radiación solar, orientándolos adecuadamente y permitiendo su soleamiento constante.
2.2. La trayectoria solar a lo largo del año
La primera condición para aprovechar el soleamiento es conocer la posición del sol a lo largo del año, un parámetro que varía en función de la latitud y del día considerado.
Desde nuestra posición, el sol recorre la trayectoria más baja y más corta durante el solsticio de invierno, el 22 de diciembre. En el solsticio de verano, el 21 de junio, alcanza su mayor altura y su máxima duración: es el día más largo del año.
Esta variación estacional puede aprovecharse de forma natural y sencilla, sin necesidad de ningún dispositivo que consuma energía. Si la orientación de los espacios se orienta hacia el sur —hacia donde se sitúa el sol a mediodía—, se consigue que durante el periodo invernal el sol penetre en todas las estancias, ya que la trayectoria solar es baja y el ángulo de incidencia respecto a la horizontal es pequeño. El resultado es la radiación solar directa y, por tanto, el calor.
2.3. Efecto de la orientación en verano y en invierno
Durante el verano, el ángulo de incidencia aumenta debido a una trayectoria solar más elevada. Esta circunstancia dificulta la entrada de la luz solar en los edificios y contribuye a evitar el sobrecalentamiento de los espacios.
Si además se incorporan elementos de protección solar —parasoles, pérgolas, marquesinas—, se potencia el efecto de refrigeración en los meses cálidos.
De este razonamiento se desprende una conclusión de gran valor proyectual: la fachada orientada al sur es la que mayor radiación solar recibe en invierno y, al mismo tiempo, la que menos radiación recibe en verano.
| Idea clave
Con la orientación adecuada —preferentemente al sur— y sin necesidad de ningún aporte energético convencional, es posible optimizar el rendimiento de los sistemas de acondicionamiento ambiental de cualquier edificación. |
3. El almacén energético y la restitución al ambiente interior
Una vez captada la energía solar, el edificio debe ser capaz de almacenarla y utilizarla según sus fines. Para ello es necesario estudiar en qué zonas del espacio interior —suelos, techos o paredes— incide el sol y disponer en ellas el material adecuado para acumular esa energía.
No es preciso recurrir a tecnicismos excesivos: basta con la razón y la experiencia acumulada para explicar este fenómeno.
3.1. Comportamiento térmico de los materiales
Cada material básico de construcción —piedra, ladrillo, metal o madera— presenta un comportamiento térmico distinto frente a la radiación solar.
- Piedras: se calientan mucho al sol, cuanto más oscuras, más, y se enfrían poco a poco cuando cesa el aporte.
- Ladrillos: presentan un comportamiento similar al de la piedra, más acentuado cuanto mayor masa tienen. Un ejemplo cotidiano de esta inercia es el de las sopas servidas en cuencos de barro, que conservan el calor durante un tiempo prolongado.
- Metales: se calientan con mucha rapidez, conservan una gran cantidad de calor y se enfrían igualmente deprisa.
- Maderas: presentan dificultad para transmitir la energía calorífica y menor capacidad para acumularla —en función de la especie—, con un proceso de restitución lento.
Conocer el comportamiento térmico de los materiales, del que pueden obtenerse datos muy precisos, permite disponer del más adecuado para el paramento receptor de la radiación solar, controlando así la cantidad de energía acumulada y su posterior restitución al ambiente interior. Esta secuencia de aporte, acumulación y restitución varía en el tiempo y en la cantidad según el material empleado, con respuestas más o menos adecuadas a las necesidades de confort.
3.2. La inercia térmica como estrategia pasiva
Si se potencia el uso de materiales pesados —piedras naturales, piedras artificiales o cerámicos son un buen ejemplo— se favorece la existencia de una masa abundante, con buena capacidad de acumulación térmica y una restitución pausada en el tiempo. El resultado es un muro de inercia térmica considerable.
La secuencia de funcionamiento es la siguiente: durante el día, el sol incide sobre la superficie del paramento, calentando progresivamente la masa térmica expuesta y almacenando calor en ella. Cuando el sol deja de actuar, la temperatura ambiente desciende y el muro, que se mantiene a una temperatura superior, comienza a emitir calor al ambiente hasta descargar por completo su almacén térmico.
Dos factores condicionan de manera determinante esta fase: la cantidad de energía que se transferirá al ambiente —proceso que continúa hasta alcanzar el equilibrio térmico— y el tiempo que tarda en comenzar la transferencia de calor, es decir, el desfase entre el inicio de la captación y el de la restitución. Este desfase puede preverse mediante un diseño adecuado del muro.
| Idea clave
El edificio dispone de una fuente de energía limpia y gratuita, que se renueva cada día. El único esfuerzo del proyectista consiste en preparar el edificio para captarla, almacenarla y restituirla adecuadamente. |
3.3. Factores que determinan el rendimiento de la inercia térmica
Para obtener un muro con buenas prestaciones de inercia térmica es necesario optimizar cada una de las fases de su funcionamiento. En primer lugar, debe asegurarse de que la captación alcance el máximo rendimiento posible, cuidando especialmente el color y la textura de los paramentos receptores.
Color y absortancia
Cuando el color de un material es oscuro, se alcanzan los porcentajes máximos de absorción de la radiación incidente, y el negro alcanza un 100 % de absortancia. En el extremo opuesto se sitúan los colores claros, con porcentajes inferiores al 50 %; la absortancia del blanco se aproxima a cero. No en vano, el color predominante en los cerramientos de los pueblos andaluces —como los de la Alpujarra granadina— es el blanco del enjalbegado de los paramentos exteriores, coherente con la necesidad de reflejar la radiación solar en climas cálidos.
| Color | Absortancia |
| Muy claro | 0,10 – 0,20 |
| Claro | 0,50 |
| Medio | 0,80 |
| Oscuro | 0,90 |
| Muy oscuro | 0,92 – 0,95 |
Cuadro 1. Relación entre el color y la absortancia en los materiales.
Textura de los paramentos
El segundo factor a considerar es la textura de los muros. Si esta presenta un carácter especular —como sucede en los acabados pulidos—, aumenta la componente reflexiva de la superficie y, en consecuencia, disminuye el porcentaje de radiación absorbida. Ocurre lo contrario en una superficie mate y rugosa, que favorece la absorción.
Ángulo de incidencia
También resulta determinante el ángulo de incidencia de la radiación solar sobre el paramento, que alcanza su valor máximo cuando incide perpendicularmente sobre la superficie receptora.
Espesor y capacidad del almacén térmico
La segunda fase del proceso corresponde a la capacidad del almacén térmico, que depende fundamentalmente del espesor del muro y de las características térmicas intrínsecas del material que lo constituye.
Restitución de la energía almacenada
La tercera fase, sin que ello implique una concatenación estricta de fenómenos, consiste en la restitución de la energía almacenada, calefactando el ambiente interior y reduciendo —cuando no excluyendo— los aportes energéticos procedentes de fuentes convencionales.
3.4. Aplicaciones y ejemplos de la inercia térmica
La consideración de la inercia térmica como estrategia pasiva exige coherencia formal y constructiva en el conjunto del edificio. Las construcciones dotadas de materiales pesados en sus muros ocupan, en primer lugar, su almacén de energía, por lo que el ambiente tarda más tiempo en alcanzar un estado de confort. Sin embargo, una vez logrado, se produce una notable estabilidad térmica, con muy pocas variaciones de la temperatura interior, tanto diarias como estacionales, independientemente de las oscilaciones, más o menos pronunciadas, que se produzcan en el exterior.
Esta estrategia resulta especialmente adecuada en climas con grandes variaciones entre las temperaturas diurnas y nocturnas, e incluso entre las de verano y las de invierno, ya que la inercia térmica corrige y suaviza esos extremos. También es recomendable para usos de carácter permanente y continuado, como los de edificios residenciales, en los que las condiciones de confort deben mantenerse estables durante todo el año.
Un ejemplo clarificador de este fenómeno es la dificultad —experimentada por casi todo el mundo— para calefactar una casa deshabitada o utilizada solo de manera ocasional, especialmente en el ámbito rural, donde las construcciones presentan muros de gran espesor, edificados con materiales de origen pétreo o de tierra cruda, de elevada inercia térmica. Cuando se pretende ocupar una de estas viviendas durante un periodo breve, es necesario poner en marcha los sistemas de calefacción con mucha antelación; de lo contrario, las condiciones de confort tienden a coincidir con el final de la estancia.
4. Estrategias pasivas de calefacción: el efecto invernadero
Dentro del planteamiento general de aprovechar los recursos naturales disponibles y de reducir, en la medida de lo posible, el uso de energías convencionales de apoyo, el efecto invernadero constituye un modo de generación de calor sencillo y eficaz.
Consiste, básicamente, en disponer de un espacio acristalado permeable a la radiación solar, que permite su incidencia sobre una masa térmica enfrentada —muro, suelo o techo—, la cual actúa como receptora de dicha radiación. Posteriormente, al devolver la energía absorbida, esta queda aprisionada en el cristal, por lo que no puede escapar.
El resultado es un calentamiento progresivo del aire del invernadero, que puede aprovecharse mediante convección natural para calentar el espacio habitable adyacente.
No obstante, es imprescindible incorporar sistemas de ocultación solar durante los meses de verano, así como permitir la ventilación hacia el exterior de este espacio, ya que, en caso contrario, podría producirse un sobrecalentamiento de los espacios servidos, con los consiguientes efectos negativos sobre el confort interior.
5. Estrategias pasivas de refrigeración
Las mismas premisas empleadas para aportar calor al edificio permiten, invertidas, cubrir las necesidades de refrigeración mediante técnicas pasivas de acondicionamiento.
5.1. La inercia térmica en verano
La inercia térmica desempeña un doble papel en el confort ambiental. En condiciones estivales asume la función de receptora de calor: toma el calor del ambiente cálido y contribuye, de este modo, a reducir la temperatura interior.
Para que esta estrategia funcione, es fundamental que el sol no penetre en ningún caso en la estancia y que el paramento encargado de acoger el calor se encuentre sombreado y frío. Pensando en el muro como un almacén de energía, incluso resulta beneficioso descargarlo durante la noche —abriendo ventanas que permitan la circulación del aire—, disipando el calor almacenado y preparando el muro para el día siguiente.
Un ejemplo de hábitat habitualmente denostado, pero con excelentes prestaciones térmicas, es la cueva o la casa enterrada. No existe otra posibilidad constructiva para confinar espacios con mayor inercia térmica, lo que les permite disfrutar de una estabilidad diaria y estacional envidiable, especialmente en climatologías extremas con oscilaciones térmicas acusadas.
En cualquier caso, el principio general es claro: en verano el sol no debe penetrar en los edificios. A lo largo de la historia, la arquitectura ha desarrollado numerosos recursos para los huecos y paramentos de fachada: parasoles, contraventanas, fraileros, celosías, lamas, etc. En la actualidad, los propios vidrios incorporan prestaciones de control importantes en sus variedades reflectantes y absorbentes.
5.2. El movimiento del aire
Las consecuencias de los movimientos del aire, ya sean de ámbito geográfico —el viento— o se produzcan en el interior del hábitat —la ventilación—, se emplean como estrategias pasivas en las actuaciones orientadas a la refrigeración ambiental.
Centrándonos en la capacidad de aireación del espacio interior, las disposiciones de «ventilación cruzada» aprovechan las diferencias de presión y temperatura entre fachadas opuestas. La colocación de chimeneas que promueven la convección natural de corrientes de aire —inducida o no por el calentamiento del aire en el entorno del conducto— y la ubicación de patinillos en zonas interiores de la vivienda contribuyen igualmente al saneamiento e higiene del alojamiento mediante la renovación del aire, mitigando así los efectos del sobrecalentamiento de los habitáculos.
La contribución de los vientos locales puede mejorar estas estrategias, como ocurre en las viviendas de los pueblos costeros expuestos a las brisas dominantes.
También ofrece buenos resultados la implantación de patios en latitudes propicias. El microclima que se forma en su interior está relacionado con la capacidad del aire para generar una estratificación de capas, situando las capas de mayor frescor —las más pesadas— en la parte inferior, lo que beneficia directamente a las estancias en contacto directo con el patio.
5.3. Enfriamiento evaporativo: el concurso del agua
Existen estrategias, propias tanto de la arquitectura vernácula como de la arquitectura actual, denominadas de enfriamiento latente, que consisten en combinar las prestaciones del movimiento del aire con las del agua.
Si se hace pasar una corriente de aire seco por una zona húmeda —ya sea por la presencia de vegetación o por la ubicación de fuentes o estanques—, el aire se humecta, con lo que gana en calidad, y se enfría, lo que contribuye a reducir la temperatura ambiente en unos grados.
6. Distribución de espacios y orientación en la vivienda
Después de exponer las estrategias básicas de la arquitectura bioclimática para optimizar el consumo energético, puede concluirse que sí es posible diseñar edificios que se beneficien de las condiciones de su entorno. El enfrentamiento con dichas condiciones, por el contrario, ocasionará con toda seguridad mayores consumos energéticos, sin entrar a considerar, de momento, los costes ambientales derivados.
Resulta imprescindible, por tanto, el estudio concienzudo del entorno propio de cada emplazamiento y la elección adecuada de las estrategias a adoptar en cada caso: la arquitectura sostenible pertenece a un lugar concreto y es difícilmente trasladable a otro.
Merece una mención especial la distribución de espacios en una vivienda tipo. Parece razonable situar al sur aquellas estancias que van a tener mayor presencia y uso, reservando la orientación norte para los espacios que, por su función específica, son productores de calor —la cocina, por ejemplo— o que pueden actuar como tapón frente a las pérdidas ocasionadas por la fachada más desfavorable.
Sin embargo, de manera sorprendente, los bloques de viviendas se diseñan con frecuencia de forma simétrica en las dos direcciones perpendiculares, disponiendo cocinas, salones y dormitorios en las cuatro orientaciones cardinales sin tener en cuenta las particularidades de cada una de ellas.
| Idea clave
La orientación no es un detalle estético, sino una decisión de proyecto con consecuencias energéticas directas. Ignorarla —como ocurre en muchos diseños simétricos actuales— implica, de partida, renunciar a un recurso gratuito de acondicionamiento. |
7. Resumen del capítulo
El diseño bioclimático se apoya en el conocimiento y el aprovechamiento de los parámetros naturales del entorno —soleamiento, viento, pluviosidad, vegetación— para reducir el consumo energético del edificio sin necesidad de tecnología compleja ni de un sobrecoste sistemático.
- El soleamiento depende de la trayectoria solar, variable según la latitud y la estación: baja en invierno, alta en verano. La orientación sur maximiza la captación invernal y minimiza la estival.
- Los materiales de construcción presentan comportamientos térmicos distintos —piedra, ladrillo, metal, madera— que determinan su capacidad para captar, acumular y restituir calor.
- La inercia térmica es la estrategia central de acondicionamiento pasivo, tanto para calefactar en invierno como para refrigerar en verano. Su rendimiento depende del color y la textura del paramento, del ángulo de incidencia de la luz solar y del espesor del muro.
- El efecto invernadero permite generar calor de forma sencilla y eficaz, siempre que se controle el sobrecalentamiento estival mediante el sombreamiento y la ventilación.
- La refrigeración pasiva combina la inercia térmica, el movimiento del aire —ventilación cruzada, chimeneas, patios— y el enfriamiento evaporativo mediante vegetación o láminas de agua.
- La distribución de espacios según su orientación —sur para estancias principales, norte para espacios productores de calor— es tan relevante como la elección de los materiales o de los sistemas constructivos.
En definitiva, la arquitectura sostenible no se limita a la incorporación de tecnología: parte del conocimiento riguroso del lugar y de la aplicación coherente de estrategias pasivas, disponibles a diario y de manera gratuita, que exigen del proyectista, ante todo, un ejercicio de observación y de sentido común técnico.
En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.
Este vídeo resume los conceptos más importantes del diseño bioclimático.
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