Valoración del potencial de sistemas pasivos de enfriamiento para la reducción del consumo energético y el confort de edificaciones en Venezuela

Tendencias del diseño térmico en edificaciones

El diseño y la construcción de edificaciones suponen una alteración del medio edificado o natural y por lo tanto se produce un impacto ambiental que debe controlarse. Tradicionalmente el hombre ha tenido en cuenta las condiciones climáticas y de entorno a la hora de diseñar edificaciones y ha condicionado su forma para tener el máximo de confort ambiental interior. A este modo de obtener bienestar al interior de edificaciones se le llama acondicionamiento pasivo. Con el aumento de la población, la ocupación del territorio, el desarrollo tecnológico y el incremento de exigencias de confort, se consideró insuficiente la adaptación natural de la edificación al clima y se incorporaron los denominados sistemas activos, es decir instalaciones mecánicas de eficiencia garantizada para llegar a niveles de confort más elevados, pero con la desventaja de ser grandes consumidores de energía. No obstante, la rapidez de los cambios tecnológicos y su extensión a más regiones del planeta han dejado cortos a los sistemas activos, lo que junto con los problemas de contaminación, cambio climático e insuficiencia de la oferta energética, ha vuelto a traer al tapete el enfoque de la integración de las edificaciones al clima a la vez que se agrega a la búsqueda de bienestar un renovado valor: calidad con eficiencia energética en un marco de sostenibilidad pensado para el largo plazo.

El acondicionamiento pasivo tiene por objeto mejorar el comportamiento de edificaciones frente a su entorno climatico, actuando sobre los fenómenos de radiación, térmicos y de movimiento del aire a fin de generar bienestar en los usuarios. Se denominan pasivos por el hecho de no utilizar fuentes de energía artificial o hacerlo en forma muy reducida. De hecho, el sistema pasivo por excelencia es la ventilación natural, cuya aplicación en regiones cálidas húmedas genera beneficios indiscutibles en los ambientes interiores, siempre y cuando la temperatura exterior no sobrepase excesivamente la de la zona de “confort”. Otra de las ventajas que presenta es que no requiere de energía eléctrica ni de una inversión elevada, además de ser parte integral de la obra arquitectónica. La diversidad de propuestas pasivas para trópico húmedo, en general constituyen importantes complementos de la técnica natural por antonomasia: la ventilación cruzada, e incluso pueden complementar sistemas activos al disminuir la potencia requerida por la climatización artificial y en consecuencia el costo. La ventilación natural consta de tres funciones esenciales: provisión de aire puro, enfriamiento por convección y enfriamiento fisiológico. Las dos primeras funciones se consideran como ventilación propiamente dicha, mientras que la última se refiere al movimiento del aire.

El suministro de aire puro depende del diseño de la edificación y de su función. Los requisitos al respecto se estipulan mediante normas descriptivas o prestaciones, como el número de renovaciones de aire por hora. El cambio de aire interior por aire exterior solo produce enfriamiento si este último está a menor temperatura que el interior. El movimiento del aire actúa como un medio portador de calor. Al igual que la renovación, la convección genera un movimiento relativamente lento del aire, de allí que resulte práctico en climas moderados a fríos. El aire en movimiento al pasar por la superficie de la piel disipa el calor aumentando la pérdida por convección y acelerando la evaporación.

En ocasiones muy particulares las fuerzas térmicas son suficientes para crear un movimiento de aire apreciable. El tiro natural basado en estas fuerzas se origina por diferencia de densidades ocasionada a su vez por diferencia de temperatura entre el aire interior y el exterior. Sin embargo la fuerza natural capaz de producir el movimiento requerido en clima tropical húmedo es el efecto dinámico de los vientos, por lo que el diseñador debe capturar los vientos disponibles. Del mismo modo que el viento se genera por diferencias de presión el flujo del aire a través de la edificación es el resultado de una diferencia de presión entre los dos lados (Koenigsberger 1977).

Dadas las dificultades para generalizar la ventilación cruzada y problemas como la calidad del aire de la climatización artificial han reaparecido en escena técnicas pasivas intermedias entre estos dos polos. Aunque en el caso que nos compete, el trópico húmedo, su utilización ha sido de menor cuantía que en otras latitudes, sabemos que de desarrollarse en gran escala, estos sistemas coadyuvarían a disminuir las temperaturas máximas y medias, a proveer una mejor ventilación, además de permitir un buen control lumínico y acústico sin necesidad de acudir a equipos sofisticados que parten del principio de aislamiento de la edificación del ambiente exterior. Asimismo, los sistemas pasivos cumplen la importante función de proveer una significativa disminución del consumo energético y la posibilidad de calibrar mejor su uso de manera de obtener mayores rendimientos. Esto es factible gracias a los avances de las telecomunicaciones mediante instrumentos de modelación y simulación que permiten regular y controlar de forma automática el diseño con sistemas pasivos, haciéndolos el máximo de eficientes además de obrar conjuntamente con el resto de elementos de edificio.

En nuestros días coexisten distintas visiones relacionadas con el asunto del grado tecnológico y su vinculación la búsqueda de confort, mediante la adaptación de las edificaciones al clima exterior. Una distinción, bastante explícita, atañe a tres modelos distintos de actuación, cada una con sus posibles variantes.
Un primer modelo representa a una tendencia dispuesta a recuperar un cierto grado de «primitivismo», que regresa a soluciones vernáculas, al resaltar los riesgos que aguardan al desarrollismo por lo que reivindican lo natural que pretenden oponer a los supuestos males del progreso tecnológico. Se trataría en alguna medida de un planteamiento muy vinculado al territorio y al asentamiento en baja densidad, una vuelta al medio rural. Se acompaña en ocasiones de cierto fundamentalismo ecológico en el sentido de prohibir o limitar el uso de materiales de construcción, sobre todo de aquellos que acarrean mayor consumo energético o procesos industriales con una alta repercusión ambiental. A su vez, preconizan el uso restringido de materiales al aceptar un número limitado considerado naturales, como la tierra, la madera o la arcilla. El problema de este enfoque es su escasa solvencia para producir edificaciones a gran escala. En muchas ciudades sería inviable un urbanismo de baja densidad extendido masivamente en el territorio, por sus excesivos requerimientos en cuanto a servicios y vías de circulación que generarían paradójicamente problemas ambientales, debido a la necesidad de aumento de redes de abastecimiento, etc. Por otra parte, la utilización masiva de materiales, como la madera, a partir de cierta cantidad es incompatible con el mantenimiento de la vegetación. Asimismo la renuncia a los procesos de producción industrial es, hoy por hoy, insostenible por ser imposible su sustitución a gran escala. Además, frente a una visión rígida y prohibitiva de lo industrial, siempre es posible aplicar criterios de mejora energética y ambiental en los procesos de fabricación.

Otro modelo actualmente muy publicitado, en relación a la arquitectura de alta eficiencia energética, es el tecnológico, el denominado «high-tech» o, en su versión supuestamente más orientada a la integración medio ambiental, «eco-tech». Con gran repercusión mediática, se trata de un modelo que aplica los más grandilocuentes alardes técnicos en la resolución de edificaciones, con complejos sistemas activos de control climático (vidrios de alta eficiencia, sistemas móviles robotizados de protección, sistemas de captación solar activa) controlados por computadora (domótica). Son edificios cuya eficiencia energética sólo se limita al mantenimiento, sin tener en cuenta otras premisas, como el costo energético de construcción generalmente muy elevado. Se trata de un modelo que se extiende como manifiesto de futuro, pero que debido a su elevado costo sólo puede asumirse por corporaciones privadas de alto nivel económico que lo exhiben como símbolo de poder y como objeto publicitario dentro de la moda actual por lo ecológico. Este modelo tecnológico, muy publicitado, tiene algunas cualidades objetivas, como las apuestas por la innovación incesante. Sin embargo, tiene también ciertos problemas nada pueriles. Por una parte, la aplicación de soluciones y sistemas sobredimensionados, destinados más a satisfacer una imagen que a resolver problemas reales, y por otra, su elevado costo, que lo convierte en poco practicable a gran escala, e insuficiente a la hora de resolver problemas de cuantía en nuestros países como el déficit estructural de viviendas, el sector económicamente más necesitado de una relación equitativa costo-beneficio.
Por último emerge el modelo que puede considerarse pragmático por lo que se adecua a las necesidades. Se trata de introducir, paulatinamente, mejoras en el diseño arquitectónico y en la resolución constructiva de los edificios, de tal modo que con un razonable incremento de costos, se obtengan notables beneficios en ahorro energético y adecuación ambiental. Es un modelo de probada eficacia, que no implica complejas transformaciones de la industria productiva actual (utiliza materiales habituales en el proceso constructivo), no interfiere en los planeamientos estratégicos de desarrollo y puede ser perfectamente asumido en costos por el conjunto de agentes que intervienen en el proceso inmobiliario: administración, promotores, técnicos, constructoras y usuarios. Un modelo en consonancia con las próximas normativas internacionales a aplicar en concepto de eficiencia energética y protección ambiental y suficientemente flexible para adaptarse a diferentes necesidades y demandas económicas y sociales. Además, se trata de un enfoque perfectamente adaptable a la naturaleza social y económica de cada lugar, y por tanto perfectamente compatible con las necesidades de progreso y sostenibilidad a las que se enfrentan los países en desarrollo (Celis D’Amico 2000).

Algunos sectores, acostumbrados a ambientes cada vez más artificiales, temen una vuelta a condiciones superadas por el progreso. Por ello es importante aclarar que los sistemas pasivos como tal no se contraponen al avance tecnológico, que por el contrario es factible la incorporación de sistemas pasivos, activos o mixtos según las exigencias y /o necesidades de la zona y de los usuarios.

Finalmente se insiste en la importancia que tiene pensar a la edificación como parte de un proceso que incluye su largo ciclo de vida desde la concepción hasta la demolición. Esto es primordial para entender el beneficio energético de los sistemas pasivos a lo largo de todo el período, al ser más económico, durable y requerir menos mantenimiento que los sistemas activos, siempre y cuando responsables y usuarios se formen dentro de una cultura de durabilidad y mantenimiento.

Sistemas climáticos para el control ambiental

Los sistemas de climatización activa se han convertido en mecanismos de uso frecuente en sitios urbanos, en ocasiones abusivos en la construcción formal, lo cual hace de gran parte de las edificaciones grandes consumidoras de energía a lo largo de su ciclo de vida, además de emitir gases cuyo efecto «invernadero» se ha acrecentado en la medida en que han aumentado las necesidades de enfriamiento y por ende la demanda de una de las fuentes de energía más importante, la industria eléctrica.

Los países industrializados, pioneros en la reducción del consumo energético, han puesto a disposición del mercado un número importante de técnicas pasivas e híbridas cuya característica es una integración estrecha con la dinámica de la envolvente de la edificación.

Algunos de los objetivos a partir de los cuales se han desarrollado dichos sistemas, caracterizados por no excluir los componentes de la edificación del proceso de climatización son:

• Disminuir los costos de inversión y ciclo de vida en relación a los de los sistemas clásicos de climatización.
• Asegurar el confort de los usuarios como parte de la calidad de la edificación.
• Definir correctamente los aspectos conceptuales y prácticos de dichos sistemas de manera de hacerlos disponibles a los distintos niveles del proceso de diseño, construcción y uso.
• Plantear sistemas versátiles para resistir a cambios de ocupación y periodos largos de utilización sin que ello requiera formas complejas de mantenimiento.

La estrategia a seguir requiere por otra parte la definición de los campos de aplicación, el conocimiento del clima y sus variables, el desarrollo de exigencias de habitabilidad e índices de confort.

Entre las técnicas de enfriamiento pasivo más extendidas actualmente podemos señalar la ventilación nocturna, el enfriamiento por el suelo, enfriamiento de cerramientos por el aire, enfriamiento por evaporación, enfriamiento por deshumidificación, entrepisos enfriados con agua, plafones refrescantes y ventilación por desplazamiento, enfriamiento por aire del subsuelo, tubos enterrados, etc.

Desde hace algunos años se han desarrollado diversos estudios sobre la integración de sistemas especiales de control ambiental, los cuales se basan en el tratamiento interrelacionado de los componentes arquitectónicos a fin de cubrir los requerimientos de habitabilidad de las edificaciones.

Se entiende por sistemas especiales climáticos los conjuntos de componentes arquitectónicos que trabajan interrelacionados en un edificio concreto a fin de mejorar su funcionamiento ambiental. Estos se complementan con técnicas pasivas, las cuales constituyen una alternativa para la adecuación de la edificación, en caso de que la envolvente por si sola resulte insuficiente para la obtención de espacios internos confortables. Al respecto, cabe señalar que estos sistemas responden a necesidades climáticas diferentes, por lo que su escogencia debe basarse en el grado de eficiencia respecto al clima considerado.

Los autores Serra y Coch, han clasificado los Sistemas Climáticos en cuatro grandes grupos: Sistemas Captores de Radiación, Sistemas de Inercia, Sistemas de Ventilación y Tratamiento del Aire y Sistemas de Protección contra la Radiación Solar. Los sistemas captores son aquellos componentes de la edificación cuya función principal es captar la energía de la radiación solar y transferirla al interior en forma de calor. Estos sistemas se consideran directos cuando la energía penetra directamente a través de superficies transparentes o aberturas. Los semi-directos interponen un espacio entre el interior y el exterior a fin de propiciar una gran entrada de radiación que es absorbida en el mismo espacio para transformarse en energía calórica que penetra al interior por conducción y/o convección. Los Sistemas de Inercia son los que actúan como estabilizadores de las temperaturas de los ambientes internos en relación a las oscilaciones de las temperaturas exteriores. Su principio de funcionamiento los hace competentes para mejorar las condiciones tanto de exceso de frío como de calor, sin embargo no son aptos para cualquier tipo de clima, pues requieren de condiciones climáticas particulares. Se caracterizan por la capacidad térmica de la estructura y envolvente de la edificación para acumular y ceder calor de forma cíclica. Los Sistemas de Ventilación y tratamiento del aire tienen como función fundamental promover la circulación de aire fresco a través de los ambientes internos de las edificaciones mediante el efecto de diferencias de presión, a fin de mejorar las condiciones de temperatura y humedad. Estos sistemas, en general renuevan el aire interior, creando un movimiento que ya de por si genera una sensación de enfriamiento sobre los ocupantes cuando la temperatura exterior es ligeramente menor que al interior; mejorando igualmente las condiciones de confort cuando se produce un cambio en las condiciones del aire impulsado mediante sistemas de tratamiento. De efectuarse tratamiento del aire se mide la potencia energética de calor sensible (energía ganada o perdida por hora) por lo que habría que deducir el cambio de humedad (calor latente) en caso de que se produjese enfriamiento evaporativo. Estos sistemas de ventilación y tratamiento del aire son indispensables para el confort en sitios cálidos de gran humedad como la mayor parte de Venezuela. Tal constatación nos ha conducido a ahondar en ellos para estudiar el potencial de algunas de estas técnicas en zonas climáticas del país (Coch; Serra 1995).

Sistemas pasivos y su utilidad en el trópico. Técnicas de ventilación y tratamiento del aire.

Es posible distinguir dos tipos de acción posible: movimiento y tratamiento del aire interior. La ventilación natural constituye una de las estrategias fundamentales de diseño para reducir efectivamente los aportes calóricos en el trópico húmedo y mejorar en consecuencia las condiciones de confort al interior de las edificaciones. Por una parte, el efecto del viento contribuye mediante la renovación del aire interior a reducir las cargas térmicas internas así como las solares. Igualmente, la ventilación participa en el enfriamiento de los seres humanos al aumentar los intercambios por convección y evaporación en la superficie de la piel. Además, la ventilación puede, en determinadas circunstancias, enfriar las estructuras de la edificación disminuyendo el calor superficial producto del almacenamiento en la misma. La predicción de flujos y velocidades internas del viento al interior de las edificaciones es fundamental ya que su correcta manipulación constituye la base para una primera estrategia de confort que puede mejorarse mediante el acoplamiento de sistemas alternativos de tratamiento del aire cuya contribución fundamental es la relación entre su eficacia y racionalidad energética. Según el tipo de edificación es igualmente posible combinarlos con los sistemas convencionales de climatización artificial buscando el mismo objetivo.

La vía mas conocida para el logro de un movimiento y renovación significativa del aire al interior de edificaciones es la ventilación transversal o cruzada, para lo cual se requiere la orientación de los edificios hacia los vientos dominantes, favoreciendo el movimiento del aire entre los espacios mediante aberturas ubicadas en fachadas opuestas. Para producir el movimiento del aire debe existir una abertura de entrada y una de salida. La máxima velocidad en el interior se logra cuando la abertura de salida es mayor que la de entrada, de lo que se deduce la importancia de conocer por donde viene el viento desde el exterior. Si las aberturas de entrada y salida no se encuentran enfrentadas sino diagonales la velocidad del aire disminuye por el cambio de dirección.

Al efecto del viento puede acoplársele un sistema de ventilación mecánica cuyo nivel de protección puede definirse como el máximo valor de velocidad del viento admisible sin que haya ventilación cruzada. Es posible también acoplar el efecto del tiraje térmico, el cual se debe a la diferencia de densidad entre el aire interior y exterior, siendo el efecto motor la diferencia local de presión.

La utilización de técnicas pasivas en climas cálidos secos se ha extendido con mayor rapidez que en el trópico húmedo. La incomprensión en nuestros países de las especificidades de uno y otro clima ha dado como resultado el diseño indiscriminado y en algunos casos la utilización distorsionada de técnicas inadecuadas que reducen el confort.

Otra de las posibilidades de generar movimiento del aire es el efecto chimenea, el cual consiste en la extracción del aire caliente a través de aberturas situadas en la parte superior de un espacio, conectado en la medida de lo posible por medio de un conducto vertical con aberturas inferiores de entrada de aire. El fenómeno físico de diferencia de densidad del aire en función de su temperatura es lo que impulsa al aire caliente a salir por estas aberturas. La ventilación que se genera es mas bien moderada (renovación de 4 a 6 volúmenes/hora), además de que se requiere de diferencias de temperatura considerables entre el exterior y el interior. La chimenea solar, además de formar parte de los sistemas captores, puede utilizarse como sistema de ventilación abriendo hacia el exterior la parte superior de la cámara y hacia el interior la parte inferior. Esta última genera un movimiento de aire al calentarlo y disminuir por tanto su densidad, provocándose un efecto de succión en las perforaciones bajas de la cámara captadora y una salida de aire por la parte superior. Este sistema, al igual que el anterior, produce una ventilación moderada, fácilmente superable mediante una efectiva ventilación cruzada, y depende de la intensidad de radiación. Sin embargo, son sistemas que pueden combinarse con técnicas de introducción de aire tratado previamente (técnicas pasivas de enfriamiento). Otro de los sistemas sobre cuyas posibilidades se ha incursionado es la sobre ventilación nocturna, el cual requiere de un mecanismo de control de los caudales de aire que deben ser variables mediante un sistema de ventilación forzada. Durante la noche se promueve mediante aberturas estratégicas la entrada de aire exterior que debe ser más fresco que al interior, mientras que se mantienen parcialmente cerradas durante el día para disminuir las ganancias debidas a la radiación solar. Al inducir el paso del aire mas fresco al interior de la edificación se mejoran las condiciones de confort, a lo cual se suma una sensación de bienestar sobre el ocupante por acción de la velocidad. Este sistema adecuado para las zonas cálidas húmedas puede alcanzar hasta 20 renovaciones horarias para velocidades externas no demasiado elevadas.

Entre los sistemas más comunes de tratamiento del aire podemos reseñar:

Sistemas de enfriamiento evaporativo o por humidificación adiabática, el cual consiste en poner en contacto el aire con agua (el patio árabe-andaluz), que al evaporarse absorbe energía del aire con el cual está en contacto. El aire resultante es más fresco pero aumenta su tenor en vapor de agua por lo que resulta apropiado para climas cálidos secos. En efecto, en el caso de ambientes con una humedad elevada el aire tiene muy poca capacidad de aumentar su contenido de agua. Los sistemas evaporativos indirectos permiten que el aire a ser inyectado en un local y que ha sido enfriado por humidificación pase por un intercambiador térmico a fin de recuperar el frío sensible del aire humedecido, el cual puede por tanto para beneficio de la eficacia del sistema alcanzar la temperatura de saturación. Este mecanismo permite el enfriamiento del aire del local manteniendo estable su nivel de humedad. También es factible combinar los dos sistemas, indirecto y directo. A la salida del compartimiento seco el aire puede ser humedecido hasta la saturación y repitiendo la operación varias veces es posible aproximarse a la temperatura en la que se inicia la condensación del vapor de agua. Los sistemas evaporativos pueden utilizar o no disipadores de energía tales como ventiladores, pompas aspiradoras, etc.

Sistemas de enfriamiento sensible cuyo principio se basa en el enfriamiento de una corriente de aire en contacto directo con una superficie más fría sin que se produzca por tanto adición de humedad. Entre las técnicas de baja energía consideradas capaces de producir enfriamiento sensible del aire destacan los conductos enterrados y las unidades de tratamiento de aire alimentadas por agua previamente enfriada. Los conductos enterrados parten del concepto de que a partir de cierta profundidad los terrenos adquieren una temperatura de equilibrio debido a factores de inercia, y dejan de ser afectados por las variaciones diurnas de temperatura. La temperatura de equilibrio puede ser fácilmente estimada como cercana a la temperatura ambiente media anual de la localidad de que se trate y es ligeramente menor a la temperatura tipo correspondiente a un día caluroso. El procedimiento consiste en impulsar hacia los ambientes que lo requieran este aire mas fresco a través de tubos enterrados. El principio de los tubos consiste en aspirar el aire (interior o exterior) mediante un ventilador e inyectarlo al ambiente interior luego de haber atravesado los tubos enterrados, generándose una diferencia de la temperatura del aire a la salida del tubo. La disminución de la temperatura a la salida del tubo depende de diversos factores: la temperatura de entrada, la temperatura del terreno a la profundidad del tubo, la conductividad térmica del tubo, la difusividad térmica del terreno, la velocidad del aire en el tubo y sus dimensiones. De allí la necesidad de un cálculo detallado para optimizar el funcionamiento de este tipo de sistema, con el objetivo de garantizar un poder refrescante suficiente por parte del sistema con un consumo eléctrico justificable

Sistemas de protección de la radiación cuya función es proteger a la edificación de la radiación solar incidente, importante fuente de sobrecalentamiento interno en clima cálido. Para ello es posible crear sombras sobre la edificación que eviten la radiación directa, además de tratar sus componentes de manera de impedir la penetración de la radiación. La generación de sombras depende en gran medida del diseño por parte del arquitecto, quien puede crear espacios que combinen estética y confort mediante elementos capaces de sombrear y ventilar a la vez tales como los aleros, corredores, pérgolas, parasoles, celosías, bloques huecos, etc. Estos elementos pueden complementarse mediante la utilización de vegetación y serán mas eficientes en la medida en que no bloqueen ni la ventilación ni reduzcan exageradamente la luz. Otro sistema interesante es la emisión de radiación, la cual se basa en la emisión de onda larga que emiten todos los cuerpos, aunque simultáneamente reciban parte de la radiación de la atmósfera, ya que la diferencia entre ambas es aprovechable con fines de refrigeración. La cubierta de toda edificación puede considerar al cielo como superficie envolvente. El refrescamiento por radiación nocturna se basa en la pérdida de calor por radiación de gran longitud de onda de un cuerpo hacia otro cuya temperatura sea menor, el cual se comporta como una fuente fría. A tal efecto la edificación sería el objeto a enfriar mientras que la fuente fría es la bóveda celeste. La técnica radiativa más sencilla consiste en pintar el techo de blanco, sabiendo que el blanco y el negro tienen la misma emisividad térmica. la ventaja de la pintura blanca es que el techo absorbe menos energía solar durante el día y en consecuencia será más fácil de enfriar por radiación nocturna. Otras técnicas consisten en utilizar agua para el enfriamiento del techo durante la noche, que a su vez circule durante el día para enfriar la edificación; el sistema de paneles radiantes, el cual consiste en la colocación de tubos recubiertos por una placa metálica, la cual se enfría durante la noche por exposición a la bóveda celeste, enfriando a su vez el aire que circula por los tubos mediante un ventilador y que será posteriormente inyectado en la zona a refrescar. La utilización de este tipo de sistema requiere que la placa sea de material de alta emisividad en el campo de la gran longitud de onda, dado que el poder emisivo de los metales decrece con la longitud de onda (Allard, Belarbi 1998).

Los sistemas pasivos cumplen una función fundamental en el diseño de edificaciones en el trópico húmedo. De su adecuada combinación a través de un eficiente diseño arquitectónico depende el cumplimiento de los objetivos vinculados a los aspectos térmicos y lumínicos. Cada uno de ellos cumple roles diferentes y complementarios a la vez. Los sistemas de radiación se suman a los de protección solar esencial en el trópico para disminuir los efectos de la radiación solar en el calentamiento de la envolvente y el aumento de la temperatura interior. Los sistemas de inercia ajustados a las condiciones del clima cálido húmedo pueden utilizarse parcialmente para atenuar y retardar la onda de calor (amplitud de la temperatura interior). Finalmente, los sistemas de ventilación y/o tratamiento del aire son aquellos sin los cuales el calor que logre penetrar, quedaría atrapado al interior de la edificación. La renovación sistemática del aire es condición fundamental para el logro de espacios confortables en la edificación.

La determinación del potencial de estos sistemas en determinados contextos parte de una preselección de técnicas de eficiencia comprobada en diversas latitudes, a fin de evaluar su aplicación extendida en edificaciones situadas en distintos sitios esencialmente urbanos del país. Al respecto se planteó elaborar un mapa delimitado por zonas en función del tipo de clima, a fin de presentar las técnicas apropiadas para cada una de estas regiones según sus particularidades climáticas. Este mapa, que puede ser actualizado continuamente, presenta gran interés para arquitectos y afines al permitir incorporar al diseño de edificaciones las técnicas pasivas más convenientes para lograr rangos adecuados de confort a costos razonables y con un moderado consumo energético.

Una ojeada sobre el estado del arte nos permite constatar que durante los últimos años se ha adelantado sustancialmente en cuanto al uso efectivo de sistemas pasivos, por el logro con creces de los objetivos de eficiencia energética y escaso poder de contaminación. A ello ha contribuido la versatilidad de estas técnicas, cuya adaptación a distintas condiciones exige saber diferenciar, en primer lugar que el acondicionamiento de los ambientes en clima tropical varía sustancialmente según sean estos secos o húmedos; y en segundo lugar las diferencias en el acondicionamiento de los espacios, sean estos exteriores o interiores.

Uno de los primeros ejemplos del alcance de las técnicas pasivas de refrescamiento, fue el mejoramiento de los espacios abiertos en la Exposición Universal de Sevilla de 1992 (Alvarez et al 1991). Allí se destacaron los fenómenos resaltantes de un clima cálido seco, como el control de la radiación incidente, cuyo efecto sobre los ocupantes es el más significativo en los espacios abiertos, mientras que en los espacios cerrados incide fundamentalmente sobre la envolvente de la edificación. Se intervino la influencia de la velocidad del aire, cuyo control para evitar las corrientes debe ser mayor en los espacios interiores que en los externos, así como la necesidad de evitar al interior la existencia de zonas neutras. Por ser Sevilla climáticamente cálido seco se constató el gran potencial de los sistemas evaporativos directos, de poco uso en climas húmedos, y los indirectos, a la vez que se descartó el rol de la inercia en los espacios externos, por ser su función apaciguadora realmente eficiente en espacios internos. Se evidenció además que en los espacios abiertos los elementos estructurales, arquitectónicos y urbanísticos se confunden al ser al mismo tiempo los componentes tecnológicos de la instalación de climatización. Es de interés señalar que cuando se trata de acondicionar edificaciones en clima tropical húmedo estas diferencias se acortan por la necesidad de espacios muchas veces abiertos al exterior.

La utilización de técnicas pasivas en climas cálidos secos se ha extendido con mayor rapidez que en el trópico húmedo. La incomprensión en nuestros países de las especificidades de uno y otro clima ha dado como resultado el diseño indiscriminado y en algunos casos la utilización distorsionada de técnicas inadecuadas que reducen el confort.

Determinación del potencial de técnicas pasivas de enfriamiento, para el confort de edificaciones, en zonas climáticas de Venezuela

Venezuela se inscribe dentro de las regiones tropicales. Su diversidad topográfica condiciona en parte sus características climatológicas. Sin embargo, una gran porción del territorio en sus costas y tierras bajas se caracteriza por un clima cálido húmedo, fuente permanente de malestar, lo cual a su vez se refleja en edificaciones poco confortables que no cumplen con los requisitos de habitabilidad.

En lo que respecta a la construcción, especialmente en sitios urbanos, se ha acentuado progresivamente la tendencia a edificar excluyendo del proceso al clima exterior. Las edificaciones al ser concebidas al margen de los aspectos climáticos, dependen fundamentalmente de la posibilidad de ser climatizadas artificialmente para proporcionar niveles adecuados de bienestar a los usuarios. Puntualmente, ha coexistido en minusvalía un enfoque más racional que busca una mayor integración de las edificaciones con su entorno climático, a partir de un adecuado diseño térmico de los componentes y de la envolvente del espacio construido. Esta visión del problema diversifica las posibilidades de obtener ambientes confortables por diversos medios y racionalizar el uso y abuso de la climatización artificial reduciendo en consecuencia el gasto energético.

Son muchas las razones, esbozadas en este trabajo, sobre la necesidad de construir edificaciones energéticamente eficientes, explorando alternativas tales como los sistemas de climatización pasivos de bajo consumo energético.

La posibilidad de un análisis de tipo cuantitativo como el propuesto toma en cuenta una serie de variables entre los cuales destacan datos meteorológicos horarios por zona climática, índices de confort preestablecidos y las características del sistema de enfriamiento pasivo pre-seleccionado. Ello con la finalidad de desarrollar una cartografía en la cual se señalen las técnicas de enfriamiento pasivo, potencialmente utilizables, en función de zonas definidas por sus variables climáticas, y cuya incidencia sea fundamental tanto en la reducción de la contaminación ambiental como en el bienestar al interior de los ambientes arquitectónicos. Todo lo que se haga en pro de reducir el calentamiento global constituye un aporte para moderar el cambio climático generador de catástrofes ambientales en el mundo entero.

A continuación, se presenta la evaluación realizada sobre el potencial de las técnicas pasivas aptas para Venezuela, a fin de determinar sus posibilidades y campo de acción en el diseño de edificaciones energéticamente eficientes y térmicamente confortables, en función a las distintas regiones climáticas del pais. Estas han sido ajustadas a partir de clasificaciones climáticas orientadas hacia el diseño arquitectónico (Bernal 1983, Curiel 1982, Hobaica 1984, Hernández 2004). Asimismo, se recopilaron y sistematizaron los datos meteorológicos requeridos provenientes de todas las estaciones de Venezuela con el apoyo del servicio de meteorología del Ministerio de Defensa y Aviación SAFAV y del Departamento de meteorología de la Universidad Central de Venezuela.

El potencial de las técnicas de enfriamiento pasivo seleccionadas para las zonas climáticas de Venezuela, fueron: Enfriamiento por contacto con la tierra o tubos enterrados, Enfriamiento Radiativo y Enfriamiento evaporativo. Igualmente se seleccionaron las ciudades de Calabozo, Maracaibo, Porlamar, Valencia, Caracas y Mérida por ser representativas de las zonas climáticas establecidas previamente. Estas ciudades presentan condiciones climáticas diferenciadas por factores que modifican la sensación térmica, tales como temperatura dependiente de la altitud, la humedad relativa, el viento y otras como las precipitaciones, evaporación etc. Se consideraron respectivamente, una temperatura de diseño de 25º C y una humedad relativa cuyo umbral se apreció de 75%.

En la siguiente figura se agrupan a efectos comparativos los factores de cobertura o eficiencia de las cuatro técnicas pasivas de enfriamiento evaluadas para las seis ciudades seleccionadas.

El grafico representa las cuatro técnicas de enfriamiento para las cuales se analizó el potencial teórico disponible, así como el potencial utilizable para las zonas en estudio, en función de las necesidades de climatización y el factor de cobertura de las técnicas pasivas. Allí es posible constatar el potencial teórico disponible para la ciudad de Maracaibo tanto de la técnica de enfriamiento radiativa como de la de los tubos enterrados, a diferencia de las técnicas evaporativas directa e indirecta cuyo potencial teórico disponible es mucho menor. Al analizar posteriormente el potencial utilizable constatamos que en lo que respecta a los sistemas de tubos enterrados y radiativos es posible una cobertura parcial, mientras que los sistemas evaporativos tanto directos como indirectos resultan inapropiados para las condiciones de Maracaibo. Con discretas variantes ocurre lo mismo para los casos de Calabozo y Porlamar, ciudades que podrían recurrir a los sistemas de tubos enterrados y radiativos para mejorar parcialmente las condiciones de confort de sus edificaciones. En cuanto al estado Carabobo constituye un caso intermedio entre las ciudades en peores condiciones y aquellas cuya altitud sobre el nivel del mar facilita la obtención de condiciones de mayor bienestar térmico. En efecto si analizamos los resultados concernientes a ciudades como Caracas y a continuación Mérida, se observa que cualquiera de las técnicas estudiadas pueden satisfacer sobradamente las necesidades de climatización.

El gráfico correspondiente al factor de cobertura de los sistemas analizados representa la parte relativa de la energía suministrada por la técnica de enfriamiento pasivo para satisfacer las necesidades en climatización de la edificación. Traduce la interacción entre el sistema pasivo y la edificación, por lo que constituye un instrumento válido, así como una base inicial a partir de la cual considerar el uso potencial de sistemas de enfriamiento en función a determinados factores climáticos.

El gráfico evidencia la amplia gama de posibilidades de los conductos enterrados y los sistemas radiativos, a la vez que muestra las restricciones de los sistemas evaporativos, especialmente de los directos. En la cartografía siguiente indicamos los resultados por zonas climáticas.

Los resultados obtenidos permiten vislumbrar buenas posibilidades para la aplicación de  sistemas pasivos de enfriamiento en el trópico húmedo en el corto y mediano plazo. En efecto, estos sistemas constituyen alternativas válidas para obtener  niveles crecientes de confort en las edificaciones.

La apropiación de las tecnologías  expuestas para su aplicación en edificaciones en el trópico húmedo constituye un importante aporte para el desarrollo sustentable, energéticamente eficiente,  de la Industria de la Construcción  en Venezuela.

Conclusión

Ampliar las respuestas de las edificaciones en el marco de la sostenibilidad, con  sistemas de acondicionamiento ambiental desde una perspectiva energética es vital, pues hoy no parece concebible el desarrollo tecnológico,  ni posible el progreso, si no se incorpora el factor energético en un marco de sustentabilidad capaz de trascender el presente inmediato.

La eficiencia energética se puede definir como la reducción del consumo de energía, sin disminuir el confort y calidad de vida, a la vez que se protege  el medio ambiente, se asegura el suministro y se promueve  un comportamiento sostenible en su uso. Abordar este tema exige instruirse  sobre cambio climático, el efecto invernadero asociado y el progresivo calentamiento de la tierra. Problemas complejos y trascendentes no carentes de polémica. Se discute a nivel científico internacional sobre las implicaciones del cambio climático y sus causas, así como sobre el carácter de la intervención humana.

Parece inobjetable que hay un progresivo y exponencial incremento de los nivele de gases especialmente de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera por el efecto invernadero,  como consecuencia del creciente consumo de energía. Ello ha llevado a plantearse la responsabilidad humana desde la revolución de un desequilibrio atmosférico que se ha traducido entre otras calamidades en el derretimiento de las masas glaciares y la expansión térmica de las aguas templadas que ha significado un aumento del nivel del mar. Mantener el consumo elevado de combustibles fósiles significa un grave riesgo para las generaciones futuras, por lo que todo lo que se haga para reducir la demanda y aplicar correctivos será crucial para reducir los riesgos en los años venideros.

El sector de la construcción es clave en el consumo de energía pues se ha estimado que los edificios representan alrededor del 40% del consumo de energía y con mecanismos relativamente cómodos este puede reducirse  en más del 20 %.

Las investigaciones realizadas en el marco de habitabilidad de las edificaciones, ponen de relieve  que un número significativo de estas, concebidas de espaldas al clima, hayan contribuido en buena medida con el deterioro del medio ambiente en sus distintas fases, (extracción y fabricación de materiales, diseño de la edificación y de sus instalaciones que influyen decisivamente en el rendimiento energético de la misma, gestión de obra y de sus residuos, etc.). En efecto, durante un prolongado período del siglo pasado, especialmente en los países productores de petróleo, se restó importancia a los criterios básicos de diseño que contemplan climatización e iluminación natural de los espacios, el aprovechamiento de los vientos  y el uso de tecnologías  apropiadas o de punta pero que tiendan a disminuir el consumo de energía convencional.

Hoy en día,  en el marco de las preocupaciones por el cambio climático se avizora un giro global hacia la adopción de medidas encaminadas al ahorro energético y la sostenibilidad de estas construcciones.   Sin embargo, el desplazamiento de las fuentes de energía provenientes de recursos fósiles  a nuevas fuentes no es inminente, por lo que se requiere de un trabajo consensuado entre el desarrollo de  energías alternativas y el ahorro de las convencionales, lo cual implica un plan de racionalización de la energía a fin de reducir el consumo en función de las necesidades reales  de las naciones sin que ello constituya un freno para el progreso.

El uso de técnicas pasivas de acondicionamiento de edificaciones en función de zonas por sus particularidades climáticas en Venezuela,  constituye un paso importante en este sentido, factible de concretarse  siempre y cuando se logre motivar a los actores sociales involucrados, tanto del sector público, como del privado, así como  a los usuarios, cuya participación es fundamental al tener la última palabra.

El cambio en el marco normativo y su traslado a la legislación nacional tiene importantes implicaciones, tales como, hacer emerger nuevos requerimientos en el sector de la edificación en aquellos aspectos relativos al consumo de energía, iluminación, aislamiento, climatización, certificación energética de edificios o utilización de  sistemas pasivos o  mixtos y/o energías  alternativas renovables.

Es esencial comprender el alcance económico, político y social de tales cambios para planificar su desarrollo progresivo e incorporar a todos los actores públicos y privados necesarios a fin de que asuman la responsabilidad de avanzar a partir de un programa de investigación y desarrollo ya consolidado destinado a tal fin.

Se debe impulsar como política de Estado la  calificación y certificación energética de edificaciones. El proceso por el que se verifica la conformidad de la calificación energética obtenida por el proyecto y por el edificio una vez terminado con la consecuente expedición de certificados de eficiencia energética en ambos es el certificado energético de un edificio, el cual servirá para acreditar que en su diseño y construcción se han tenido en cuenta criterios orientados a lograr en los mismos el máximo aprovechamiento de la energía.

El objetivo último es contribuir en parte a limitar las emisiones de CO2 y fomentar el uso racional de la energía dentro del sector de la construcción, uno de los sectores más representativos en el consumo de energía, para así favorecer la calidad de vida a través de la mejora del medio ambiente. Hacer de la eficiencia energética un objetivo prioritario significa actuar cada quien desde su ámbito para responder a los desafíos del  mañana.

Actualmente  los mayores emisores de gases son China, India, Estados Unidos y la Comunidad Europea. Venezuela, país rentista, por haber disfrutado en el pasado de  una oferta energética barata y abundante, asumió durante largo tiempo el derroche de la energía como parte del avance tecnológico. Sin embargo con la merma de la actividad petrolera, de las industrias y de las plantas termoeléctricas se ha reducido la emisión de gases aproximadamente a 0,3 % del total mundial. Actualmente Venezula no ocasiona  el problema pero sí recibe  los impactos del cambio climático.Ello implica mayor cantidad de eventos extremos en menos tiempo, olas de calor, migración interna, tal y como lo advierte el ingeniero venezolano, coganador del Premio Nobel de la Paz en 2007, Juan Carlos Sanchez.  No hay ni un plan de acción climática en el país, ni una ley de cambio climático y tampoco una autoridad única para esta materia.

Para los países tropicales, como Venezuela, lo que se espera  es un cambio de patron en lluvias y sequias con consecuencias como falta de agua, el embalse de Guri no se llenará lo suficiente. Se pueden esperar olas de calor, tormentas tropicales con oleaje más fuerte, los coletazos de los huracanes etc, todo lo cual requiere un plan de defensa civil muy bien articulado y una coordinación intergubernamental entre distintos entes del gobierno.

Con la bonanza petrolera se ha debido haber fortalecido las instituciones para poder tener capacidad de enfrentar el problema del cambio climático, pero por el contrario durante el siglo XXI  el Estado se desentendiò del tema climatico y no fue mas allà de los grandes enunciados.

Bajar la incertidumbre a fin de reducir el calentamiento futuro a escala global es una obligación de todos, así como lograr  consenso en la necesidad de equilibrar las emisiones de gases de efecto invernadero GEI, reducir mediante su racionalización el consumo de energías fósiles y dar paso a las energías alternativas renovables a sabiendas de que es un proceso para el mediano y largo plazo. El protocolo de Kioto así como las acciones crecientes de los países a través de los organismos internacionales, como el Grupo Internacional sobre el cambio Climático IPCC científicos, gobiernos e individualidades  dedicados a este  problema son cada vez más representativos respecto a su importancia real.

©Trópico Absoluto

Referencias

Koenigsberger O. H. el al. (1977)  Viviendas y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ediciones Paraninfo S.A. Madrid. España.

Celis D’Amico F. (2000). Arquitectura bioclimática, conceptos básicos y panorama actual. Boletín CF + S. Hacia una arquitectura y un urbanismo basados en criterios bioclimáticos. Editorial Instituto Juan Herrera. Madrid. España.

Coch Roura H, Serra Flores R. (1995) Arquitectura y Energía Natural. Politext 40. Edicions UPC de la Universitat Politécnica de Catalunya, SL Barcelona, España.

Allard f &  Belarbi R. (1998) Metodología de evaluación de  técnicas pasivas de enfriamiento, COTEDI’98, Caracas, Venezuela.

Álvarez S., Guerra J., Velasquez R. (1991) Climatic Control in Outdoor Spaces at Expo’92. International PLEA Conference, V.1, pp. 189-193, Sevilla. España

https://contrapunto.com/especiales/entrevistas-ctp/juan-carlos-sanchez-venezuela-se-comporta-como-si-el-cambio-climatico-no-existiera-o-existiera-solamente-para-dar-declaraciones-politicas-en-las-reuniones-de-naciones-unidas/