Albergue Juvenil en Windberf, Alemania. Arquitecto Tomas Herzog.

Cuando hablamos de arquitectura sustentable en la ciudad tendemos a imaginar una arquitectura verde de pregnantes formas edilicias(,) en grandes extensiones, que garantice el asoleamiento con espejos de agua que controlan la temperatura y humedad. Así lo podríamos imaginar, por ejemplo, en la zona central.

Sin embargo, esta visión contrasta con la realidad urbana que nos toca vivir. El hacinamiento, la densidad del tejido urbano y la altura de la edificación traen como consecuencia la formación de vastos conos de sombra y la reducción de la superficie de fachada, reduciendo con ello nuestro derecho al sol. Si a eso le sumamos el interés inmobiliario por aprovechar al máximo los índices de constructibilidad permitidos, podemos vernos presionados a diseñar sin considerar el sol, el viento y el resto de los factores climáticos del lugar.

Desde un punto de vista bioclimático cabe preguntarse cómo podemos mejorar la infraestructura existente y cómo podemos optimizar el diseño arquitectónico para los nuevos edificios que se insertan en la ciudad. Y voy más lejos aún, poniéndome en el caso de que efectivamente he pensado en medidas de protección para el verano, ¿qué haré si la sombra del “parroncito” no es suficiente?, ¿qué haré si la ventilación cruzada para evacuar el exceso de calor de un edificio de oficinas no se produce porque definitivamente no hay viento, o simplemente no es posible porque la velocidad del viento o su temperatura no me lo permiten?(.)

A continuación nos referiremos a algunos sistemas artificiales para el uso y manejo de la energía en edificios tradicionalmente urbanos, lo que conocemos como High Tech en arquitectura sustentable. Señalaremos algunos de estos sistemas dividiéndolos en elementos simples y elementos complejos.
Los primeros corresponden a elementos de fachada con una función básicamente de captación de energía solar y los complejos corresponden a un conjunto de elementos de fachada que aprovechan la energía solar o el viento, pero a diferencia del primer grupo, implican un compromiso con la estructura y materialidad del edificio para el éxito de su función.

ELEMENTOS SIMPLES

• Aislación térmica transparente

La clásica fachada suele protegernos del clima exterior a través del aislante térmico: nos resguarda de las pérdidas de calor en invierno y de las ganancias de calor solar en verano. Luego ¿no sería lógico pensar en un material aislante que no nos proteja del sol de invierno, considerando que es precisamente calor solar lo que quisiéramos para calefaccionar nuestros espacios en ese período del año? (.)

Ese material ideal existe y se llama aislante térmico transparente (TWD), el cual podemos apreciar en el albergue juvenil de Windberg, Alemania, del arquitecto Thomas Herzog.

Allí un conjunto de muros masivos con orientación sur fue recubierto con celdas de policarbonato en forma de panal de abejas y luego, con vidrio para protegerlo de la lluvia, logrando de paso el efecto invernadero que calentará el muro(,) en forma similar a un muro Trombe. La diferencia con este último es que las pérdidas de calor al exterior son mínimas dado que el aire quieto en las celdas anulan el enfriamiento por convección.

Otra forma de aislante térmico transparente es una especie de aerogel que se coloca entre dos vidrios, y si bien, no permite mirar al exterior, sí es posible aportar calor solar, luz difusa en los espacios interiores y disminuir considerablemente las pérdidas al exterior en relación a un termopanel normal.

En cualquiera de los casos se requiere trabajar con la inercia térmica del muro perimetral y/o de los muros y pisos para evitar sobrecalentamientos. Así también son necesarios sistemas de control de la radiación solar en verano.

• Fachadas fotovoltaicas

Otro elemento de interés en arquitectura sustentable son las celdas de silicio que transforman la energía solar incidente en electricidad y que se agrupan en formatos de dimensiones libres llamados módulos o paneles fotovoltaicos. Es precisamente el silicio, según su procedencia, el que le confiere al módulo variedad en formatos y color. Entre ellos se distinguen las celdas policristalinas, reconocibles por el color azul jaspeado, y las celdas monocristalinas, en colores azul o violeta homogéneos.

Naturalmente el sistema debe completarse con elementos tales como baterías para almacenar la energía, reguladores de carga por la variación horaria de potencia solar y puntos de bajo consumo energético como iluminación o comunicaciones. No es recomendable la conversión de esta energía a calor producido eléctricamente u otro sistema de alto consumo eléctrico.

Edificios de alta tecnología como la biblioteca Pompeau Fabra(,) en Barcelona, de Miquel Brullet, nos muestran cómo grandes paños ciegos de un edificio pueden ser revestidos con un sistema de paneles fotovoltaicos que contribuyen en textura y color al carácter del edificio, a la vez que aportan con energía eléctrica al edificio.

Una alternativa distinta nos muestra el edificio corporativo de Digital Equipment en Genf, Suiza, de los arquitectos Lecouturier y Caduff, donde un gran hall vidriado es protegido del sol directo mediante un sistema de celosías en forma de aletas regulables. La novedad es que las aletas están formadas por módulos fotovoltaicos que se regulan de acuerdo a la posición del sol, favoreciendo por una parte, la protección solar y por otra, la ganancia solar en las celdas.

Estas y otras aplicaciones en arquitectura de vanguardia nos muestran cómo elementos tecnológicos simples pueden transformarse en elementos multifuncionales, dado que no sólo aportan con energía al edificio, sino que también son capaces de aplicarse como sistemas de revestimiento o protección solar.

ELEMENTOS COMPLEJOS

• Fachadas colectoras de aire caliente

Calentando aire con energía solar podemos calefaccionar y ventilar los recintos. Dado que el aire es liviano, se calienta rápidamente y es fácil de transportar, ya sea directamente al interior de los recintos o bien para conducirlo a muros o lechos de piedra, donde puede entregar calor que se acumulará para otras horas del día.

Para ello se requiere de un sistema de colectores solares similares a los de agua caliente, donde una placa metálica transforma la energía del sol en calor y lo transfiere al aire que va pasando a través de él. Luego un sistema de ductos, apoyado con ventiladores se encarga de forzar el flujo de aire a los lugares deseados.

Un ejemplo emblemático de este tipo de tecnología es el edificio de departamentos en Lützowstrasse, Berlín, Alemania. Allí el sistema de colectores para aire caliente en fachada se combina con invernaderos y ganancia solar directa por ventanas. A diferencia de estos últimos sistemas pasivos, los colectores son capaces de alimentar con calor solar las losas del edificio, llegando inclusive a otros sectores del edificio, donde el asoleamiento natural por las condiciones de orientación es imposible conseguir.

Otras aplicaciones de los colectores solares para aire caliente en Suiza nos muestran que la ventilación en reversa, vale decir, la expulsión de aire caliente al exterior mediante el diferencial térmico de los mismos colectores en verano, permiten crear corrientes de ventilación en verano, que refrescan el edificio.

• Fachadas doble piel

Una sofisticación mayor en el uso del aire caliente solar son las dobles pieles, generalmente asociadas a grandes edificios de oficinas, cuya principal función es optimizar (de) la iluminación natural y acondicionar el clima interior mediante el manejo de las corrientes de aire, desde el exterior al interior o viceversa según la estación del año.

La idea es contener, a través de una piel exterior vidriada, un espacio de aire intermedio entre el interior y el exterior, que amortigüe el influjo de un clima exterior adverso y cambiante, sobre un clima interior en rango confortable y permanente durante las horas de trabajo. En forma análoga al cuerpo humano, necesitamos mantener una temperatura interior constante, reaccionando al clima exterior ya sea abrigándonos o desabrigándonos, en combinación con sistemas termorreguladores presentes en la piel como el movimiento involuntario, la sudación o la dilatación de los vasos sanguíneos en la piel. Evidentemente es bien difícil vestir o desvestir un edificio, pero sí podemos proveerlo de una vestimenta inteligente, la doble piel, que sea capaz de reaccionar al clima exterior abriéndose o cerrándose, (para controlar la pérdida o ganancia de calor y) permitiéndole respirar.

Un caso emblemático de doble piel lo muestra el edificio de la Daimler Benz en Potsdamer Platz, Berlín, del arquitecto Renzo Piano, donde una serie de celosías de vidrio cerradas protegen la cámara de aire frente a la fachada perimetral de las oficinas. En invierno esta cámara de aire calentada naturalmente reduce las pérdidas de calor al exterior y si las condiciones lo permiten, es factible conducir el aire del espacio intermedio al interior para ventilar con aire precalentado. En verano el sistema se ventila completamente al exterior, aireando de paso las oficinas. En cualquiera de los casos se optimiza la iluminación interior con sistemas de protección solar y se permite, junto al fenómeno térmico, crear un ambiente confortable en toda la planta de oficinas, inclusive en los espacios de trabajo contiguos a la fachada.

La forma cilíndrica del edificio corporativo de la firma RWE en Essen, Alemania, del arquitecto Ingenhoven, nos muestra una fachada doble piel que envuelve completamente la fachada, y la protege del viento en todas direcciones. El sistema funciona en forma similar al edificio anterior, y nos muestra que la fachada doble piel no es un tema exclusivo de la fachada norte, dado que no se trata de optimizar la ganancia solar para acumularla al interior, sino más bien de crear un espacio intermedio amortiguador de la luz, de la radiación solar directa y del viento para ventilar en forma natural e inteligente el edificio en distintas épocas del año.

En síntesis, si entendemos al edificio como un ente energético, que necesita aire, luz, calor y frío, podemos darnos cuenta que un simple muro cortina obligará al arquitecto a recurrir a un sistema de iluminación artificial recargado y a incorporar sistemas de “respiración artificial”, con enormes costos de operación que tendrá que asumir el usuario durante toda la vida útil del edificio.

CONCLUSIONES

El aprovechamiento de la energía solar mediante tecnologías avanzadas permite contribuir efectivamente al confort ambiental de los edificios en condiciones adversas para los sistemas comúnmente pasivos.

Por otra parte la tecnología solar aplicada en arquitectura nos abre una puerta en el campo del diseño arquitectónico, donde las cualidades a explotar no son solamente estéticas, sino también funcionales, requiriendo para su éxito un verdadero compromiso del arquitecto con la forma, materialidad y sistemas energéticos del edificio.

De esta manera podemos decir que si la tecnología supera los fines meramente estéticos y se preocupa también de los fenómenos ambientales, entonces podemos hablar de un verdadero y sincero High Tech en Arquitectura Sustentable.

Dr. Ing. Marcelo Huenchuñir Bustos
Arquitecto y Profesor Asistente Facultad de Arquitectura y Urbanismo, Universidad de Chile
Doctorado en Arquitectura Bioclimática, Universidad de Hannover, Alemania
Profesor Universitario