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GUÍA DE DISEÑO SOSTENIBLE PARA PROYECTOS DE VIVIENDA TIPO VIS-VIP EN BOGOTÁ Caso de estudio: Pimientos de Madelena GUÍA DE DISEÑO SOSTENIBLE PARA PROYECTOS DE VIVIENDAS TIPO VIS- VIP EN BOGOTÁ Caso de estudio: Pimientos de Madelena Autor: Arq. Bryan Villamil Bueno Director: Arq. Camilo Villate Matiz Codirector: Ing. Eduardo Cote Facultad de Arquitectura y Diseño Maestría en Arquitectura 2021 GUÍA DE DISEÑO SOSTENIBLE PARA PROYECTOS DE VIVIENDAS TIPO VIS- VIP EN BOGOTÁ Caso de estudio: Pimientos de Madelena Autor: Arq. Bryan Villamil Bueno Director: Arq. Camilo Villate Matiz Codirector: Ing. Eduardo Cote Facultad de Arquitectura y Diseño Maestría en Arquitectura 2021 Agradecimientos Doy gracias a Dios y dedico este proyecto de grado a mi esposa, a mis padres y hermanos, a quienes amo y admiro. Les agradezco por el continuo respaldo y la ayuda que me han brindado durante todos mis años de estudio. Gracias por la confianza, la paciencia, esfuerzo y dedicación para hacer todo esto posible. También agradezco a mis directores de proyecto de grado, profesores y compañeros; gracias por la dirección y por compartir conmigo sus conocimientos y experiencias durante mi proceso formativo hasta culminar con este proyecto. “La Arquitectura apropiada no solo busca la sustentabilidad ecológica, sino también económica y cultural” (Alvar Aalto) 6 Resumen En las últimas tres décadas ha habido una profunda preocupación en el mundo por desarrollar políticas y normas que permitan la sostenibilidad en la industria de la construcción, desde la Organización de las Naciones Unidas (ONU) hasta organismos de planificación territorial locales en las ciudades más importantes del país. El tema del diseño ecológico y la construcción de edificios verdes es un tema de profundo interés a nivel internacional porque va encaminado a la reducción de los efectos negativos de la industria de la construcción sobre el medio ambiente. En el ámbito arquitectónico también se puede observar que, en los últimos años, tanto clientes como constructores han alentado por una mayor demanda de edificios ecológicos más sostenibles. La arquitectura sostenible, arquitectura bioclimática o arquitectura verde busca generar una mayor conciencia sobre cómo se diseña y cómo se construye hoy en día. Por esta razón, es importante recalcar el principio del diseño pasivo, ya que con un buen análisis de las condiciones climáticas y geográficas se pueden reducir, en gran medida, los gastos energéticos de las edificaciones. Existen diversos procesos de certificación energética en el mundo, tales como LEED, BREEAM, entre otros. La importancia de aplicar estrategias de diseño pasivo beneficia al desarrollo de proyectos donde los presupuestos son limitados para desarrollarlos y para comprarlos. Un claro ejemplo son los proyectos de vivienda 7 social1, en los que se hace complicado la utilización de sistemas mecánicos para lograr condiciones de confort dentro de los edificios, ya que estos sistemas son activos y requieren de un consumo considerable de energía, y no en todos los casos es económica su implementación. Por medio de esta investigación se busca establecer criterios de diseño pasivo para desarrollar proyectos de vivienda tipo VIS2 y VIP3 a fin de mejorar las condiciones de confort: lumínico y visual, térmico y acústico en la ciudad de Bogotá, Colombia. Para ello, se realizaron simulaciones de iluminación natural y temperatura interior en programas como Grasshopper para Rhinoceros con los plugins LadyBug4 y Honeybee5, simulaciones de aislamiento acústico con el software INSUL6, consulta de datos meteorológicos para la ciudad de Bogotá con la herramienta CLIMATE CONSULTANT para determinar, entre otros datos, la altura, el ángulo solar y su incidencia en un proyecto de arquitectura. 1 La vivienda social entendida como una solución habitacional destinada a cubrir el problema de déficit presente en las áreas más deprimidas socialmente, cuyas familias permanecen en condiciones económicas apremiantes. En Colombia, la vivienda social está integrada por la Vivienda de Interés Social y la Vivienda de Interés Social Prioritario. PARLAMENTO ANDINO. Informe Ejecutivo “Vivienda Social”. (Espinosa, Hernández, y González, 2017, p. 20) 2 Vivienda de Interés Social. El Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio, mediante la aprobación del decreto 1467 de 2019, fijó el precio máximo para este tipo de vivienda en 150 smmlv (Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio de Colombia, 2019) 3 Vivienda de Interés Prioritario. Mediante la Ley 1955 de 2019 se fija el valor máximo para este tipo de vivienda en 90 smmlv (Congreso de la República de Colombia, 2019) 4 Ladybug Tools es una colección de aplicaciones informáticas gratuitas que apoyan el diseño y la educación ambiental. De todos los paquetes de software de diseño ambiental disponibles, Ladybug Tools se encuentra entre los más completos y conecta interfaces de diseño asistido por computadora (CAD) 3D, con una gran cantidad de motores de simulación validados. (Portal Ladybug Tools, s.f) 5 Honeybee admite modelos detallados de iluminación natural y termodinámica que tienden a ser más relevantes durante las etapas medias y posteriores del diseño. Específicamente, crea, ejecuta y visualiza los resultados de simulaciones de luz diurna usando Radiance; modelos de energía usando EnergyPlus / OpenStudio; y flujo de calor a través de detalles de construcción usando Berkeley Lab Therm / Window . Lo logra al vincular estos motores de simulación a CAD e interfaces de secuencias de comandos visuales como Grasshopper / Rhino y Dynamo / Revit. (Portal Ladybug Tools, s.f) 6 INSUL es un programa para predecir el aislamiento acústico de paredes, pisos, techos y ventanas. Sonido de impacto y ruido de lluvia de pisos y techo. INSUL se puede utilizar para evaluar rápidamente nuevos materiales y sistemas, o para investigar los efectos de los cambios en los diseños existentes. (INSUL, s.f) 8 Palabras clave: arquitectura sostenible, diseño pasivo, confort acústico, confort térmico, confort lumínico, vivienda tipo VIS - VIP Abstract In the last three decades there has been a deep concern in the world to develop policies and standards that allow sustainability in the construction industry. From the UN, United Nations Organization, to local territorial planning agencies in the most important cities of the country. The issue of eco-design and the construction of green buildings is a subject of deep international interest because it is aimed at reducing the negative effects of the construction industry on the environment. In the architectural field it can also be observed that in recent years, both customers and builders have encouraged a greater demand for more sustainable ecological buildings. Sustainable architecture, bioclimatic architecture or green architecture seek to generate greater awareness about how we are designing and how we are building today. For this reason it is important to stress the principle of passive design, since a good analysis of climatic and geographical conditions can greatly reduce the energy costs of buildings. There are several energy certification processes in the world; LEED, BREEAM, among others. The importance of applying passive design strategies benefits the development of projects where budgets are limited both to develop them and to purchase them; a clear example are social housing projects where the use of mechanical systems to achieve comfort conditions within buildings becomes 9 complicated as these systemsare active and require considerable energy consumption and not in all cases is economic implementation. This research seeks to establish passive design criteria to develop VIS and VIP type housing projects and improve comfort conditions: lighting and visual, thermal and acoustic in the city of Bogotá, Colombia. For this purpose, simulations of natural lighting and indoor temperature were performed in programs such as Grasshopper for Rhinoceros with the LadyBug and Honeybee plugins, acoustic insulation simulations with INSUL software, Consulting of meteorological data for the city of Bogota with the tool CLIMATE CONSULTANT to determine among other data, the height and solar angle and its incidence in an architectural project. Keywords: sustainable architecture, passive design, acoustic comfort, thermal comfort, lighting comfort, VIS - VIP housing type 10 Índice 1 Introducción ......................................................................................................... 12 1.1 Delimitación .................................................................................................. 13 1.2 Justificación .................................................................................................. 14 1.3 Objetivos ....................................................................................................... 20 1.3.1 Objetivo general ..................................................................................... 20 1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................. 20 1.4 Planteamiento del Problema ......................................................................... 21 1.5 Metodología .................................................................................................. 21 2 Marco conceptual ................................................................................................ 23 2.1 Construcción sostenible ................................................................................ 31 2.1.1 Arquitectura ecológica ............................................................................ 32 2.1.2 Arquitectura bioclimática ........................................................................ 32 2.1.3 Construcción verde ................................................................................ 33 2.1.4 Estrategias pasivas para un diseño sostenible ...................................... 35 2.2 Confort en arquitectura ................................................................................. 45 2.2.1 Confort lumínico y visual ........................................................................ 46 2.2.2 Confort Térmico ...................................................................................... 56 2.2.3 Confort acústico ..................................................................................... 65 2.2.4 Confort y Calidad de la Vivienda Social en Colombia ............................ 82 2.2.5 Lineamientos Guía de Diseño Sostenible .............................................. 88 3 Caso de estudio .................................................................................................. 96 11 3.1 Condiciones climáticas para el caso de estudio ........................................... 96 3.1.1 Grupo A: climas tropicales ..................................................................... 97 3.1.2 Grupo B: climas secos ........................................................................... 98 3.1.3 Grupo C: climas de latitudes medias ...................................................... 99 3.1.4 Grupo D: clima continental (inviernos muy fríos) .................................. 100 3.1.5 Grupo H: climas de las tierras altas ...................................................... 101 3.2 Generalidades del caso de estudio ............................................................. 106 3.2.1 (Proyecto Pimientos de Madelena) ...................................................... 107 4 Escenarios de simulaciones y análisis de resultados ........................................ 113 4.1 Climate Consultant ...................................................................................... 114 4.2 Modelación del caso de estudio .................................................................. 116 4.3 Escenarios de simulaciones ....................................................................... 118 4.3.1 Radiación y geometría solar ................................................................. 119 4.3.2 Iluminación natural ............................................................................... 129 4.3.3 Temperatura interior ............................................................................. 153 4.3.4 Aislamiento acústico ............................................................................. 163 5 Conclusiones ..................................................................................................... 181 6 Guía de Diseño Sostenible ................................................................................ 193 7 Bibliografía ........................................................................................................ 193 8 Anexos .............................................................................................................. 202 12 1 Introducción Este proyecto de investigación trata sobre la importancia de la arquitectura sostenible, sobre todo el tema de la sostenibilidad en proyectos de vivienda social en Bogotá, Colombia. Esta monografía ha sido pensada con una clara vocación didáctica, planteando una guía de diseño para este tipo de proyectos. En los primeros capítulos se hace un resumen de los conceptos básicos sobre el tema de la sostenibilidad y condiciones de confort, centrado exclusivamente en el estudio y análisis de los principios de la arquitectura pasiva, la cual se define como aquella arquitectura que se adapta a las condiciones climáticas de su entorno, teniendo en cuenta, por supuesto, aspectos climáticos, morfológicos y técnicos. Se ha escogido el tema de la vivienda social considerando los resultados de las observaciones y de los análisis hechos por el Departamento de Arquitectura de la Universidad de los Andes en su programa académico Laboratorio de Vivienda. Los resultados de los análisis hechos “bajo parámetros académicos permitieron percibir la ausencia de buenas condiciones de habitabilidad, de espacios que son excesivamente reducidos y de mala calidad en sus acabados; esto se da particularmente en la vivienda de bajo costo” (Escallón y Rodríguez, 2010, p. 9). Dado que estos proyectos tienen limitaciones presupuestales, cabe recalcar una vez más la importancia de la implementación del diseño pasivo desarrollado en la fase de diseño, ya que es ahí donde se pueden aprovechar las fuentes energéticas renovables como el sol y el aire, generando condiciones de confort al interior del edificio. 13 Atendiendo el marco teórico y conceptual de este proyecto de investigación se desarrolló una guía de diseño pasivo para proyectos de vivienda social y se puso a prueba en un caso de estudio en la ciudad de Bogotá. En los últimos capítulos se hizo una serie de modelaciones, simulaciones y análisis de datos que permitieron dar algunas recomendaciones a considerar en la fase de diseño para este tipo de proyectos de vivienda. 1.1 Delimitación Se propone, para el desarrollo de este proyecto, centrar el trabajo en el tema de la arquitectura sostenible, utilizando como base teórica definiciones como arquitectura ecológica, arquitectura bioclimática, construcción verde y confort en la arquitectura. Estos principios de la arquitectura sostenible se analizan mediante la aplicación de estrategias pasivas en la fase de diseño para proyectosde vivienda social en Bogotá, Colombia. Analizando el tema de la vivienda social en su marco normativo, se puede citar el Artículo 51 de la Constitución Política de Colombia, que hace referencia al derecho a la tenencia de una vivienda digna y adecuada. Para inicios del año 2020, según cifras del Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), el área licenciada para proyectos de vivienda tuvo un incremento del 6,8 %, y del total de esta área el 69,5 % fue aprobada para proyectos de vivienda de interés social, lo que quiere decir que actualmente existe una fuerte demanda de proyectos de vivienda tipo VIS. Este proyecto pretende desarrollar una guía de diseño que permita la implementación de estrategias pasivas en proyectos de vivienda social en la ciudad de Bogotá mejorando así las condiciones de confort a nivel Visual, Térmico y Acústico. 14 Es preciso mencionar que el buen aprovechamiento de las condiciones climáticas repercute en la calidad del aire y la entrada de luz, reduciendo así el consumo eléctrico; y lo más importante, mejora las condiciones de confort y bienestar necesarios para los ocupantes de la vivienda. Para el diseño de la guía, se estudian únicamente los aspectos relativos al confort visual, confort térmico y confort acústico; prestando mayor atención a temas de orientación, incidencia solar, ubicación del proyecto y ruido exterior, tamaño de los componentes vidriados y los sistemas estructurales con los que se construyen los proyectos de vivienda social en Colombia. No se tratan otros aspectos como energía y aprovechamiento del agua; además se tiene en cuenta solo el estado en el que se entrega este tipo de vivienda, es decir, en lo que suele llamarse obra gris, sin acabados (acabados internos para muros, pisos y placas de entrepiso). Con los resultados de este trabajo de investigación se busca que desde la fase de diseño se proyecten edificios que aprovechen de una mejor forma las características medioambientales de su entorno, reduciendo al máximo el impacto negativo sobre el medio ambiente y sobre la salud de los ocupantes. 1.2 Justificación El derecho a una vivienda digna y adecuada está reconocido por la Constitución Política de Colombia en su Artículo 51, el cual asiste a todos los colombianos de la siguiente manera: Todos los colombianos tienen derecho a vivienda digna. El Estado fijará las condiciones necesarias para hacer efectivo este derecho y promoverá planes de 15 vivienda de interés social, sistemas adecuados de financiación a largo plazo y formas asociativas de ejecución de estos programas de vivienda. Así, la Carta Fundamental colombiana le impone como reto a las autoridades estatales garantizar el efectivo cumplimiento de ese derecho. Ahora bien, no solo se debe garantizar el derecho por la tenencia de una vivienda, sino que esta debe ser de calidad. El término “calidad”, según la definición de la Real Academia Española (RAE), es “la propiedad o conjunto de propiedades inherentes a algo, que permiten juzgar su valor”. Este concepto es aplicable a muchos ámbitos, como lo que se refiere a la calidad de vida que, según la RAE, es “el conjunto de condiciones que contribuyen a hacer la vida más agradable, digna y valiosa”. Pero si se aplica al ejercicio de la arquitectura, y sobre todo a la vivienda social, debe cumplir ciertos requisitos mínimos para asegurar su confort adecuado a las actividades que los usuarios deben realizar en su interior. El diseño pasivo puede contribuir a reducir los gastos energéticos de una vivienda y mejorar la calidad de vida de sus ocupantes si se tiene en cuenta la orientación, el aislamiento, la calidad del aire interior y el aprovechamiento de la energía del sol. Todo el tema del diseño pasivo y edificios verdes nace de la necesidad de promover una arquitectura más sostenible y sensible al medio ambiente. Por esto es importante el compromiso de todos los actores y profesionales que intervienen en la actividad edificatoria. El aprovechamiento energético exige coordinar los comportamientos térmicos del clima, el edificio y la actividad humana que se desarrolla en su interior: 16 La coordinación térmica debe estudiarse para los ciclos diario, estacional y anual y se deben considerar todos los elementos físicos afectados, edificio, clima, y el terreno. La arquitectura ecoeficiente debe extremar el cuidado en el aprovechamiento de las capacidades regeneradoras y acondicionadoras térmicas del viento mediante la correcta disposición y orientación de la edificación. Se debe sustituir la idea de protección frente al viento por la de control y aprovechamiento del viento (Hernández et al., 2012, pp. 10-12). En Colombia, según cifras del DANE para el mes de febrero del año 2020, se licenciaron: 1.798.778 m2 para construcción, 60.871 m2 más que en el mismo mes del año anterior (1.737.907 m2), lo que significó un aumento de 3,5% en el área licenciada. Este resultado se explica por el incremento de 6,8% en el área aprobada para vivienda, mientras que los destinos no habitacionales presentaron una disminución de 5,3% (Departamento Administrativo Nacional de Estadística [DANE], 2020, p. 3). Esta información se ilustra en la Figura 1. 17 Figura 1. Área aprobada para vivienda y destinos no habitacionales (metros cuadrados). Fuente: DANE (2020) Con relación al punto anterior se tienen los siguientes datos (ver Figura 2): En febrero de 2020, el área aprobada para vivienda presentó un aumento de 6,8 % frente a febrero de 2019. Esta variación se explicó por el incremento de 69,5 % en el área aprobada para vivienda de interés social, que en febrero de 2020 fue 546.442 m2, mientras que en febrero de 2019 fue 322.419 m2. Por otra parte, el área aprobada para vivienda diferente de interés social disminuyó 14,7 % (DANE, 2020, p. 17). 18 Figura 2. Variación anual del área aprobada para vivienda. VIS y No VIS Fuente: DANE (2020) Ahora bien, el contexto de las políticas públicas abarca las siguientes dimensiones: La concepción de la vivienda ha tenido una evolución orientada a incorporar dimensiones adicionales al simple derecho al techo, hacia una visión del derecho de ciudad que incorpora conceptos como hábitat y vivienda digna. De acuerdo con Giraldo et al. (2009) citados por la visión de derecho al techo está enmarcada en el derecho a la salud de la Declaración Universal de Derechos Humanos de 1948. Dentro de esta visión lo importante era garantizar las condiciones de salubridad de las viviendas. El derecho a la vivienda surge en la Primera Conferencia de las Naciones Unidas sobre los Asentamientos Humanos (Vancouver, 1976) y se consolida en la Segunda Conferencia (Estambul, 1996). Todo lo anterior ratifica que las políticas deben orientarse no solo a proveer un techo para los más pobres, sino a garantizar la producción de una vivienda que 19 cumpla las características de ser adecuada en condiciones de dignidad. (Camargo y Hurtado, 2011, pp. 229-230) En contraparte, se sabe que dentro del contexto colombiano se abarca lo siguiente: El análisis de la política social se enmarca cada vez más en un problema de cantidades, en el cual la discusión se reduce a aspectos como unidades producidas, hectáreas destinadas, metrajes internos mínimos, vivienda por valor de acceso y reparto de subsidios a la demanda. Se olvida que para una mejor comprensión del panorama, se debe considerar, la vivienda en relación con las cualidades de espacio en la ciudad; esto es, con proyectos más cercanos a las verdaderas necesidades humanas de la población más pobre (López, 2013, p. 253). La vivienda social en Colombia está inmersa en un escenario bastante volátil, dentro del que se destaca que: En un mercado altamente imperfecto, mediado por condiciones estructuralesde gestión, y valor del suelo, esquemas y condiciones de financiación que impactan la gestión del “producto vivienda” y en las que se apoyan los argumentos para explicar las limitaciones en su calidad. En Colombia hay dos mitos alrededor del sector vivienda: por una parte, que el sector público es ineficiente y no debe ocuparse de la producción de la vivienda; por otro, que el sector privado, debidamente apoyado por el sector público, hace esfuerzos por mejorar su eficiencia para acercarse al producto vivienda demandado por los colombianos, pero en ese ejercicio reconoce amplias limitaciones. En conjunción de ambas condiciones, lo que se afecta, reduce y tiende a desaparecer del ámbito formal 20 es la vivienda de calidad para los más pobres (Escallón y Rodríguez, 2010, pp. 9-10). 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Desarrollar una guía metodológica de diseño pasivo que apoye la toma de decisiones en la fase de diseño de proyectos de vivienda social en la ciudad de Bogotá, y que permita generar mejores condiciones de confort (visual, térmico y acústico), aprovechando las condiciones climáticas del lugar de emplazamiento del proyecto. 1.3.2 Objetivos específicos Hacer una revisión bibliográfica sobre temas de sostenibilidad: guías, códigos, documentos, estándares LEED, BREAM y sobre las normativas colombianas y normas internacionales que sean aplicables en temas de sostenibilidad para proyectos de vivienda tipo VIS. Identificar conflictos y oportunidades en temas de sostenibilidad en proyectos de vivienda tipo VIS. Desarrollar una guía de diseño sostenible para proyectos de vivienda tipo VIS en la ciudad de Bogotá, implementando las estrategias del diseño pasivo. Identificar un caso de estudio para analizar y poner a prueba la guía de diseño pasivo, sacar conclusiones y desarrollar la versión final de la guía. 21 1.4 Planteamiento del Problema ¿Es posible mejorar las prácticas de diseño con criterios de sostenibilidad y habitabilidad mediante la incorporación de estrategias del diseño pasivo al desarrollar una guía o metodología que apoye en la etapa de diseño el proceso creativo de proyectos de vivienda tipo VIS en la ciudad de Bogotá? 1.5 Metodología En esta investigación, “Estudio de caso”, se tomaron las siguientes fases como metodología: Se estableció una línea base o estado del arte sobre el concepto de arquitectura sostenible y el diseño pasivo a nivel nacional e internacional, definidos bajo conceptos, códigos y normativas que permitieron ahondar y profundizar en el tema de sostenibilidad. Se diseñó un sistema de análisis que permite poner a prueba los conceptos empleados de sostenibilidad: confort lumínico, térmico y acústico, siempre enmarcado en las condiciones geográficas y climáticas de la ciudad de Bogotá, específicamente en el lugar de emplazamiento del proyecto. De esta forma, se puede determinar si las condiciones climáticas y geográficas constituyen un inconveniente o una ventaja para el adecuado rendimiento energético de la edificación. Los requerimientos y estándares mínimos térmicos y lumínicos, se toman de los sistemas de certificaciones energéticas internacionales como pauta para lograr las condiciones de confort en el interior del edificio. 22 Se escogió el proyecto de vivienda tipo VIS en la ciudad de Bogotá, llamado Pimientos de Madelena, como caso de estudio; modelando la torre tipo en programas de simulación de luz natural y confort térmico. Dichas simulaciones se realizaron con los plugins Ladybug y Honeybee de Grasshopper para el programa de modelado en 3D Rhinoceros y se hizo la verificación manual de la proporción de ventana/pared, aplicando estrategias del diseño pasivo. Para el tema de confort y aislamiento acústico se hicieron simulaciones de los dos sistemas constructivos típicos para proyectos de vivienda social: sistema industrializado o muros de concreto con espesores de muro de 8, 10 y 12 centímetros, y el sistema Mampostería estructural con un mampuesto de 12 cm. Para los dos sistemas se hicieron análisis de estos espesores de muro más pañete en una o en sus dos caras, con una proporción de ventana a pared del 30 % y 40 %. Finalmente, se realizó el análisis de los resultados de las simulaciones y verificaciones manuales generadas en el caso de estudio, determinando así las recomendaciones básicas para el proyecto; y se concluyó con las estrategias pasivas que se pueden emplear en la fase de diseño de proyectos de vivienda tipo VIS en la ciudad de Bogotá. 23 2 Marco conceptual En los últimos años ha habido una creciente conciencia sobre el impacto de las construcciones en el ambiente natural. Por tanto, el uso de conceptos de ingeniería y arquitectura sostenible ha venido evolucionando y ha alentado a una mayor demanda de parte de los clientes por edificios más sostenibles, comúnmente llamados edificios verdes; teniendo una particular y evidente preocupación por el consumo de energía, recursos hídricos, incluyendo una mayor preocupación por la calidad del aire ambiental en el interior, el uso de materiales más sostenibles y el desarrollo y planificación de las edificaciones. Sin embargo, el tema sobre la sostenibilidad no es nuevo. En 1987, la comisión Brundtland definió, en términos intergeneracionales, que “El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades” (Cumbre de Johannesburgo , 2002). En las últimas tres décadas ha habido una profunda inquietud por parte de distintas organizaciones internacionales en temas de desarrollo sostenible, cambio climático, reducción de gases de efecto invernadero que causan el calentamiento global. Algunos informes y conferencias fueron la Convención de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 1992; el Protocolo de Kioto en 1997, que trata sobre la erradicación de gases de efecto invernadero; y actualmente el Acuerdo de París, que tiene como objetivo en el Artículo 2 “reforzar la respuesta mundial a la amenaza del cambio climático, en el contexto del desarrollo sostenible y de los esfuerzos por erradicar la pobreza” (Naciones Unidas, 2015, p. 1). 24 En este orden de ideas, se tienen registros sobre la significativa importancia que se le da al término “reverdecimiento”, del cual se sabe lo siguiente: El reverdecimiento de la arquitectura se convirtió en un proceso emergente que intentó transformar la arquitectura moderna en edificios más benignos y orientados al medio ambiente. La arquitectura verde evolucionó hasta convertirse en una práctica que inicialmente avanzó desde medidas racionalistas, basadas en el desempeño y remediadoras respuestas a inquietudes insostenibles particulares, hasta procesos ecológicos y sistémicos mucho más influyentes que atraviesan la cultura contemporánea. La necesidad de una planificación y un diseño sostenible no era una consideración de diseño determinante. Ciertas construcciones para refugio, protección y la necesidad de crear niveles tolerables de confort se consideraron en diseños antiguos y, como era de esperar, siguen siendo importantes hoy en día. El mismo término “refugio”, que significa proporcionar cobertura, deriva de la necesidad física, para mitigar los efectos negativos del clima y las condiciones adversas del medio ambiente, y para proporcionar un lugar de vivienda (James y Senem, 2016, p. 1). Según los arquitectos James y Senem (2016), fue la arquitectura moderna la que rompió con las tradiciones eclécticas del siglo XVIII y se centró en la abstracción y la producción en serie, buscando una identidad internacional más homogénea. A medida que el mundo iba evolucionando, se iba presentando una mayor complejidad y dependencia de la tecnología,lo cual fue estimulante y desconcertante al mismo tiempo, ya que resultaba en una gran medida ineficiente de gasto de energía, puesto 25 que agregó consecuencias adversas no intencionadas para el medio ambiente y expuso una notable dependencia por los combustibles fósiles. Afortunadamente, las primeras obras arquitectónicas sensibles al clima de Le Corbusier, Frank Lloyd Wright, Louis I. Kahn y Alvar Aalto, entre otros arquitectos, surgieron como precedentes verdes modernistas tempranos. Como expresaron James y Senem (2016), el círculo cada vez más cerrado de un conjunto único de principios universales modernistas fue reconsiderado por intenciones orientadas al lugar, iniciando una diversidad de diseños ambientales más conscientes. Muchos académicos estadounidenses de hoy, como el Dr. Mark Wilson, creen que el concepto de construcción ecológica apareció por primera vez en Estados Unidos hace más de un siglo, por lo que afirma que: La filosofía revolucionaria conocida como First Bay Tradition tuvo sus raíces en el área de la Bahía de San Francisco en la década de 1890. De hecho, los principales practicantes de este movimiento orgánico ambientalmente sensible, Bernard Maybeck y Julia Morgan, desarrollaron una filosofía de diseño que incorporó la mayoría de los conceptos adoptados por el movimiento verde en la arquitectura actual (Wilson, 2012, p. 1). El movimiento Green Building está alimentado por los esfuerzos para hacer que los edificios sean más eficientes y renovar la forma en que se usa la energía, el agua y los materiales. Cabe señalar que “Edificio Verde” y “Arquitectura Sostenible” son términos que representan: Un enfoque de sistemas completos que incorporan la ubicación, el diseño, la construcción y la fase de operaciones de un edificio de una manera en que 26 pueda mejorar el bienestar de los ocupantes de un edificio, así como preservar los recursos naturales para las generaciones futuras y salvaguardar la calidad del aire y el agua (Wilson, 2012, p. 1). Por lo tanto, el mensaje central es principalmente mejorar el diseño convencional, así como las prácticas y estándares de construcción para que los edificios que se construyan hoy en día no solo duren más, sino que también sean más eficientes, funcionen mejor y contribuyan a entornos de vida y trabajo mucho más saludables. Asimismo, según Kubba (2017), el advenimiento y la implementación de los conceptos de construcción ecológica y sostenible indican un cambio fundamental en cómo se diseñan y se construyen edificios hoy. Está claro que el fenómeno de la construcción ecológica ha afectado de manera significativa en las últimas dos o tres décadas a los mercados de construcción en el mundo. Por esta razón, se han venido implementando códigos y estándares internacionales de diseño y construcción ecológica y sostenible, los cuales son implementados por muchos países, de forma obligatoria o voluntaria, para la actividad edificatoria. El movimiento verde fue ayudado por “políticos verdes” de alcaldes, gobernadores y jefes de Estado en los Estados Unidos y en todo el mundo. Además, este movimiento de construcción ecológica alentó varios esfuerzos paralelos para obtener su forma. Por ejemplo, en el Reino Unido el Building Research Establishment Environmental Assesment Method (BREEAM7) introdujo su propio sistema de calificación ambiental de edificios en 1990. Según el portal Demolexar (2020), el BREEAM es uno de los 7 BREEAM is the world’s leading sustainability assessment method for masterplanning projects, infrastructure and buildings. It recognises and reflects the value in higher performing assets across the built environment lifecycle, from new construction to in-use and refurbishment (Building Research Establishment Environmental Assesment Method, s.f) 27 principales métodos de evaluación de sostenibilidad en el mundo para proyectos de planificación maestra, infraestructura y edificios. Aborda una serie de etapas del ciclo de vida, como la nueva construcción y la renovación. Según BREEAM, ahora, en todo el mundo, hay más de 539 400 desarrollos certificados y casi 2 233 000 edificios registrados para evaluación desde que se estableció por primera vez en 1990 (Estévez, 2013). Este método de certificación, en palabras de Kubba (2017), establece estándares para mejores prácticas en diseño, construcción de edificios sostenibles y se ha convertido en una reconocida medida del desempeño ambiental de un edificio. En Norteamérica surgió el sistema de certificación Leadership in Energy y Environmental Design (LEED8), el cual se constituye por lo siguiente: Un sistema de certificación de edificios sostenibles y de uso voluntario, es desarrollado por el Consejo de la Construcción Verde (U.S. Green Building Council) e implementado en el año 1993. Se compone de un conjunto de normas sobre la utilización de estrategias de eficiencia energética y el uso de energías alternativas encaminadas a la sostenibilidad y a la mejora de la calidad ambiental interior, el eficiente consumo de agua y a la selección de materiales (Redacción 360 en concreto, s.f, párr. 1). En Colombia, el Concejo de Bogotá (1995), como se citó en Escallón y Villate, (2013) mencionó que la ciudad de Bogotá, desde la década de los 80, inició una reflexión sobre la edificación por encargo de Planeación Distrital, en la que participó la Universidad de los Andes, donde se concluye el anteproyecto del Código de 8 LEED is for all building types and all building phases including new construction, interior fit outs, operations and maintenance and core and shell (U.S. Green Building Council , s.f). 28 Edificaciones con la colaboración de varios equipos de trabajo de diferentes especialidades (p. 250). El Código de Construcción de Bogotá, decretado por el Consejo de Santa Fe de Bogotá, mediante el Acuerdo 20 de 1995, ayudó a la complementación de políticas y normas sobre desarrollo urbanístico e infraestructura urbana, y definió: Las reglas básicas que deben cumplir las edificaciones corrientes en relación con su estructura, salubridad, protección y seguridad. Sin embargo, Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica [Asosísmica] fue un Código que correspondió a una formulación normativa y operativa de tipo prescriptivo, basada en el estado del arte y la arquitectura vigente a comienzos de la década del ochenta, que ha sido bastante modificada por marcos regulatorios posteriores e innovaciones tecnológicas recientes en particular las normas sobre sismorresistencia del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y especificaciones sobre seguridad NSR98 y NSR10. El Código de Construcción de Bogotá, es un código que no incorpora cambios constitucionales sobre temas de servicios públicos y acuerdos internacionales sobre comercio exterior ni los procesos de obtención de licencias bajo el tema de curadurías urbanas y que no toma en cuenta el criterio de sostenibilidad (Escallón y Villate, 2013, p. 250). En este sentido, se encuentran informes que revelan los siguientes datos: El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MVDS) adoptó en el año 2008 la Política de Gestión Ambiental Urbana y estableció, como uno de los objetivos de gestión, contribuir al mejoramiento de la calidad del hábitat urbano, con una 29 meta específica enfocada a la definición y establecimiento de principios y lineamientos ambientales para el diseño y construcción de vivienda (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia, 2012, p. 1). Recientemente ha habido una creciente iniciativa por parte de algunas entidades públicas a nivel nacional, como el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio, que para el año 2015 expide: El Decreto 1285 y la Resolución 549del mismo año con la cual se adopta la “Guía de Construcción para el ahorro de agua y energía” con el objeto principal de introducir estándares de construcción sostenible para promover la eficiencia energética y el uso racional de agua en las nuevas edificaciones (Portal Solución solar y Led, 2017, párr. 4). A nivel local, la Alcaldía Mayor de Bogotá firmó el Convenio nro. 100 de 2015 entre la Secretaría Distrital de Planeación y la Universidad Nacional, donde se crea la Política Pública de Ecourbanismo y Construcción Sostenible (PPECS), desarrollando tres ejes temáticos principales: agua, energía, materiales y un cuarto eje complementario que desarrolla la temática del confort y la habitabilidad. Todos estos códigos y normativas nacionales e internacionales buscan incorporar mejores estrategias en todas las fases que componen el ejercicio edificatorio. Es importante recalcar que para poder lograr edificios más sostenibles y con bajos consumos energéticos se debe iniciar durante la fase de diseño, donde se determina una buena parte del ahorro en recursos naturales, es decir, energía y agua que se usará durante la construcción y el funcionamiento del edificio. Frente a esto se afirma que: 30 Cuánto más bioclimático sea el diseño, mejor, ya que las medidas basadas en la orientación, la latitud y el clima, impuestas por el emplazamiento, deben ser aprovechadas al máximo. Estas medidas son conocidas como medidas pasivas, y deben primar en lo posible sobre las medidas activas (Portal Intermedio Arquitectos, 2019, párr. 1). Las anteriores son las medidas mecánicas o eléctricas para calentar o refrigerar los espacios. Frente a esto, el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio colombiano en el 2015 implementó las medidas pasivas, que son determinantes para proyectos de vivienda de interés social VIS y vivienda de interés prioritario VIP, ya que por el presupuesto limitado se hace casi imposible la implementación de sistemas mecánicos o eléctricos para mejorar las condiciones de confort de los ocupantes al interior del edificio. En esta investigación, a partir de los criterios ambientales para el diseño y la construcción del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia (2012), se estudian los factores determinantes como la localización, la orientación, la escala y el uso, entre otros aspectos asociados con los materiales y procesos constructivos empleados en el hábitat donde se emplaza un proyecto de vivienda tipo VIS en Bogotá (p. 8). Esto se hace con el fin de evaluar las condiciones de confort al interior de los espacios de la vivienda, lo cual se llevará a cabo a través del diseño pasivo, caracterizando tres escalas de actuación: Ciudad: en este apartado se analizará el emplazamiento del proyecto y se estudiarán los datos meteorológicos para la ciudad de Bogotá, así como su incidencia en un proyecto arquitectónico. 31 Agrupación: se evaluará la orientación, el sistema constructivo y la proporción de los elementos acristalados. Unidad: este es el aspecto más importante para analizar en este proyecto. Se tendrán como objeto de estudio los niveles de confort: lumínico y visual, confort térmico, relación ventana/pared y confort acústico (aislamiento al ruido exterior). 2.1 Construcción sostenible En cuanto a la definición de “sostenibilidad” y su relación con la arquitectura, la RAE explica el término “sostenible”, especialmente en ecología y economía, como lo que “se puede mantener durante largo tiempo sin agotar los recursos o causar grave daño al medio ambiente”. Para ser sostenible, según Herman Daly, economista ecológico, como una sociedad se necesita cumplir con tres condiciones: sus tasas de usos de recursos renovables no deben exceder sus tasas de regeneración; sus tasas de uso de recursos no renovables no deben exceder la tasa a la que se desarrollan los sustitutos renovables sostenibles; y sus tasas de emisiones de contaminación no deben exceder la capacidad asimilativa del ambiente. En este subcapítulo se considera apropiado dar las definiciones conceptuales de algunas terminologías de uso común en temas de arquitectura, a fin de comprender mejor su significado. Estas terminologías y afines se presentan a continuación. 32 2.1.1 Arquitectura ecológica Es una expresión de origen anglosajón muy difundida, la cual se refiere a la arquitectura “ambientalmente responsable” (se entiende por arquitectura = arte de construir; eco = oikos = ambiente). Siguiendo las directivas indicadas en 2012 por la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Desarrollo Sostenible, la expresión “arquitectura ecológica” tiende a ser reemplazada por la expresión “actividad constructiva sostenible”, con referencias más evidentes a los aspectos socioeconómicos planteados por las emergencias ambientales globales. Esto, queriendo indicar problemas más específicos de la arquitectura, refiriéndose a temas como contaminación interior; ciclo de vida de los materiales y componentes; comportamiento energético de los edificios y de las soluciones tecnológicas; evaluación eco-económica de las diversas fases del proceso de construcción y de su impacto sobre el medio ambiente; reutilización y reciclaje de materiales; y búsqueda de materiales y soluciones alternas con respecto a sustancias que han sido demostradas perjudiciales para la salud o para el medio ambiente. 2.1.2 Arquitectura bioclimática Hasta mediados del siglo pasado prevaleció la convicción de que los edificios podrían construirse, sin distinción, con características idénticas para cualquier condición climática, asignando a las plantas la tarea de crear las condiciones de bienestar dentro de las habitaciones. Sin embargo, la crisis energética de los años 70 llevó a repensar la necesidad de correlacionar las características tipológicas y tecnológicas de los edificios con las características climáticas del sitio y con el uso de 33 los recursos energéticos renovables. Según Hadrovic (2008), la arquitectura bioclimática se ocupa del estudio de las soluciones tipológicas y del desempeño o prestaciones de los sistemas tecnológicos que responden más a las características ambientales y climáticas del sitio, y que permiten lograr condiciones de bienestar dentro de los edificios. 2.1.3 Construcción verde El término “edificio verde” nació como una traducción del término alemán bau biologie, utilizado por el Instituto Independiente de Investigación, fundado en 1976 en Neubern (Alemania) en apoyo de una “construcción orgánica”. Este concepto de construcción verde es usado con frecuencia para indicar materiales, procesos y métodos constructivos que respetan la salud de los habitantes, posiblemente de origen natural y de bajo impacto para el medio ambiente. El mérito principal de la idea biológica es haber alejado el acento del objeto construido para el hombre que vive allí, cuidando así las condiciones de bienestar físicas, pero también el aspecto psíquico de las personas con relación a los hogares y lugares donde se encuentran construidos (fuerzas magnéticas naturales, contaminación electromagnética, emisiones nocivas, forma y disposición de los espacios, luz natural y colores, símbolos y significados). Esto lleva a un manual sustancial de tipo prescriptivo, especialmente en alemán, rico en recetas y listas escrupulosas para la elección de materiales y la identificación de tecnologías más biocompatibles. En cuanto a la construcción sostenible de un edificio, se pueden resumir por medio de una serie de principios rectores: 34 Estos establecen el objetivo para producir efectos concretos, para guiar todo el proceso de redacción de opciones regulatorias regionales o locales y dirigir a los organismos hacia una planificación e implementación de las diversas políticas de construcción. Estos principios,en los que se basa la construcción sostenible son prioridades estratégicas para activar procesos y acciones tendientes al logro de objetivos específicos. Hay diez principios y se agrupan de acuerdo con las áreas de intervención, la primer área (principios 1-3) se refiere al contexto de la vida; la segunda (principios 4-6) al artilugio edificio; mientras la tercera (principios 7-9) invierte más adecuadamente el uso del edificio en sí. El décimo principio se refiere a la acción necesaria para la difusión de principios y criterios dirigidos a una cultura de proyecto nueva y diferente 1. Buscar un desarrollo armónico y sostenible del territorio, del ambiente urbano y de la intervención del edificio; 2. Proteger la identidad histórica de las ciudades y fomentar el mantenimiento de las características históricas y tipológicas vinculada a la tradición de los edificios; 3. Contribuir, con acciones y medidas al ahorro de energía y al uso de las fuentes renovables; 4. Construir de manera segura y saludable; 5. Investigar y aplicar tecnologías de construcción sostenible bajo el perfil de lo ambiental, lo económico y lo social; 6. Utilización de materiales con certificación ecológica y de calidad; 35 7. Diseñar soluciones diferenciadas para responder a las diversas solicitudes de calidad de vida; 8. Garantizar los aspectos de seguridad del edificio; 9. Aplicar la automatización del hogar para el desarrollo de una nueva calidad de vida; 10. Fomentar la formación profesional, la planificación participativa y la toma de decisiones informadas en el negocio de la construcción (Novi, 2007, pp. 93-94). Para reflejar una nueva forma de construcción y un nuevo enfoque de diseño, el diseño sostenible ayuda a inculcar un sentido de responsabilidad y un propósito superior al diseño. Frente a esto cabe decir que: El diseño sostenible a menudo se usa como un término general para describir un conjunto de estrategias, componentes y tecnologías que reducen el impacto ambiental y, en muchos casos, mejoran la comodidad y la calidad general. Incluyendo pero no limitándose solo a: luz del día, calidad del aire interior, calentamiento solar pasivo, ventilación natural, eficiencia energética, energía incorporada, minimización de residuos de construcción, conservación del agua, manejo de residuos sólidos, energías renovables, paisajismo natural y preservación del sitio (McLennan, 2004, p. 1). 2.1.4 Estrategias pasivas para un diseño sostenible Las definiciones mencionadas en los subcapítulos anteriores dejan en evidencia la importancia de aprovechar y potencializar las condiciones climáticas del entorno en donde se emplaza un proyecto de arquitectura. Las estrategias pasivas incorporadas 36 en el diseño arquitectónico de un edificio propenden por el aprovechamiento de las condiciones ambientales para crear condiciones de confort para sus ocupantes. Implementando dichas estrategias, que se describen a continuación, se puede reducir al máximo el consumo energético, o inclusive por completo, y la necesidad del uso de algunos sistemas de acondicionamiento artificial. Las estrategias del diseño pasivo se pueden agrupar de acuerdo con las generalidades del edificio y las condiciones climáticas del entorno. En lo que respecta a las generalidades del edificio se pueden mencionar: Ubicación 2.1.4.1 Esta es una de las características fundamentales y exitosas de la construcción ecológica. Básicamente, este concepto enfatiza sobre la buena administración de la tierra, además de garantizar que cualquier impacto negativo en las áreas circundantes durante y después de la construcción del proyecto se minimice. Para lograr esto se debe tener en cuenta que: La selección del lugar también tiene que ver con la rehabilitación de sitios contaminados o abandonados, así como la preservación de los recursos naturales y agrícolas. Otras características de la selección del sitio, incluyen la promoción de la biodiversidad y la maximización del espacio abierto mediante la reducción del desarrollo, así como la reducción del paso de la luz interior existente y la iluminación exterior del edificio no exceda los límites del sitio. También incluye la gestión de aguas pluviales mediante el aporto a la hidrología natural y la reducción de la contaminación del agua al aumentar el área permeable y la infiltración del sitio, la reducción de los residuos de la 37 construcción, el efecto isla de calor y el uso de opciones de transporte público o de bajo impacto ambiental (Kubba, 2017, p. 1). Orientación 2.1.4.2 Es uno de los factores más determinantes al momento de evaluar el comportamiento térmico de una edificación, pues define: Desde un principio cómo interactúan el sol y las brisas con el proyecto. Una correcta orientación respecto a la posición del sol, tiene gran incidencia en el comportamiento térmico y en la ventilación de un edificio. Los espacios principales deben estar orientados hacia el sol (hacia el sur si el edificio se encuentra en el hemisferio norte y hacia el norte si el edificio se encuentra localizado en el hemisferio sur). Una buena orientación con respecto al sol implicará una disminución o ganancia de calor considerable, lo que facilitará al confort térmico de sus ocupantes e implicará una menor demanda energética de la edificación (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015, p. 22). Protección solar 2.1.4.3 Los sistemas de protección solar o sistemas de sombreamiento deben localizarse en función de la latitud para dar sombra en verano y dejar pasar la luz solar en invierno. Existen dos tipos de sombreamiento que son los principales: horizontal o aleros y verticales o aletas, y un tercer tipo combinado o modular. El sombreamiento horizontal se usa en climas tropicales, donde la ganancia de calor se convierte en una desventaja (Portal Ingenieria Sostenible, 2013). Estos dispositivos son usados en superficies de paredes en las que la radiación solar incidente viene en un ángulo alto. 38 Los dispositivos de sombra vertical, persianas o aletas son usados a los lados de los vanos de las ventanas, protegiéndolas de la radiación directa cuando el ángulo solar incidente es bajo. Adicionalmente, el Portal Ingeniería Sostenible (2013), el tercer dispositivo de sombreamiento “modular”, combina los dispositivos de sombra horizontal y vertical, que son usados en las fachadas que experimentan ángulos altos y bajos de radiación durante distintas épocas del año. Selección de materiales 2.1.4.4 Para del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria, según González (s.f.), como se citó en Cedaño (2011), uno de los problemas más graves que colabora con la contaminación del medio ambiente es la fabricación de materiales de construcción. La quema de combustible para la producción de estos materiales es una de las mayores consumidoras de energía. Se afirma que la industria de la construcción absorbe la mayor parte de la energía que se produce, además de procesar la mayor cantidad de materias primas. En muchos países sus desechos ocupan un alto porcentaje del total de los que se generan. Ante esta crisis energética que atraviesa el mundo (y que todo indica que será peor año tras año), los proyectistas deberían tener como meta del diseño bioambiental la sustitución de fuentes no renovables por fuentes renovables y la elección de materiales con menor contenido energético, tanto en su fabricación como en su puesta en obra; también la elaboración de formas, tipologías edilicias y elementos constructivos que requieran menos energía para su construcción y acondicionamiento. Las condiciones climáticas del lugar hacen referencia a lo siguiente: 39 Temperatura 2.1.4.5 La temperatura es una de las variables más características de un lugar y su definición es uno de los factores decisivos en el desarrollode las estrategias bioclimáticas, especialmente en relación con el confort térmico y con la eficiencia energética. Conociendo la temperatura de un lugar, y la descripción básica que esta da de él, si es frío, cálido o templado, se determina si el espacio proyectado debe aumentar, mantener o disminuir esta condición. Esta precisión permitirá definir la posición que la envolvente del proyecto, para el caso de las edificaciones debe adoptar frente a otras de las variables climáticas, como la radiación solar y el viento (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015, p. 22). Humedad relativa 2.1.4.6 La humedad del aire es otra de las variables que definen el clima de una región. Se trata de la cantidad de vapor de agua contenido en la atmósfera, producto de la evaporación del agua contenida en los cuerpos de agua y tierra, de la evapotranspiración de las plantas y la evapotranspiración promovida por la vegetación. La denominación de los tipos de clima comúnmente usados en el medio parte de la combinación de dos condiciones climáticas, que son la temperatura y la humedad, en especial cuando se hace referencia a los climas cálidos, que adquieren un segundo denominativo, seco o húmedo. Dos lugares con temperatura similar pueden ofrecer condiciones térmicas muy diferentes, de acuerdo con la cantidad de humedad presente en el aire. 40 De la misma manera, el valor obtenido para esta variable, en conjunto con el valor de temperatura, permite el uso de herramientas y diagramas que, partiendo de la combinación de variables climáticas, ofrecen orientaciones y recomendaciones sobre las posibles estrategias que podrían ser apropiadas para el proyecto, según sea su contexto climático (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015). Radiación y geometría solar 2.1.4.7 La percepción común es que el sol nace en el oriente y se pone en el occidente, cambiando de posición minuto a minuto, recorriendo una línea imaginaria en el cielo; pero adicionalmente, a lo largo del año, esta línea que traza el sol en su recorrido desde el amanecer hasta el anochecer varía igualmente su posición. En la ciudad de Bogotá, durante el año 2021, en la época comprendida entre diciembre y junio, el sol se desplaza hacia el norte, alcanzando su máxima posición el día 21 de junio (esta posición solar es conocida en astronomía como solsticio de verano en el hemisferio norte); y de junio a diciembre se desplaza al sur, alcanzando su posición máxima el 21 de diciembre, llamada solsticio de invierno (ver Figura 3). Esta variación es producto de la inclinación del eje de la tierra que, a medida que recorre su órbita alrededor del sol, ocasiona que los dos hemisferios reciban diferentes cantidades de radiación solar a lo largo del año, lo cual da origen a las estaciones. Los días 20 de marzo y 22 de septiembre, la trayectoria del sol se localiza en el centro de su recorrido norte-sur, y estos días son denominados equinoccios de primavera y otoño; en ese orden para el hemisferio norte y a la inversa para el sur. 41 Solsticio de verano 21 Junio Equinoccio primavera -otoño 20 Marzo - 22 Solsticio de invierno 21 W E Figura 3. Carta solar, línea del ecuador latitud 0° Fuente: elaboración propia En las zonas tropicales, por su cercanía a la línea del ecuador, no se presentan grandes variaciones en la cantidad de radiación solar que incide sobre ellos durante todo el año; por esta razón no se presentan grandes diferencias de temperatura en distintas épocas del año. Sin embargo, sí es evidente la variación en la posición del sol en el firmamento y un cambio de la incidencia de radiación solar sobre la superficie de la tierra, consecuente con esta variación de posición en las sombras proyectadas (ver Figura 4). Dicha variación se ve reflejada en cantidades variables de radiación solar que reciben las fachadas orientadas a norte y sur, desmitificando la creencia general de que las fachadas en estas orientaciones no necesitan implementar estrategias de mitigación o protección solar en climas como los templados y cálidos, en comparación con las fachas orientadas al naciente o poniente. N S E W 20 19 Marzo – 22 21 42 Figura 4. Proyección en planta de la sombra de un paralelepípedo según la posición del sol, para los meses junio, marzo/septiembre y diciembre, en la latitud de Bogotá, 4.71° N, para las 10:00 h y las 14:00 h Fuente: elaboración propia Esta condición de la variación de la posición del sol en la bóveda celeste a lo largo del año, además de implicar un cambio en la proyección de sombras y en la cantidad de radiación directa que reciben las fachadas de una edificación, supone un cambio en la cantidad de horas de luz natural que tiene un lugar específico. Durante el solsticio de verano y los días cercanos a este, hay mayor disponibilidad de horas de sol, lo que, en consecuencia, se percibe como días “más largos” y noches “cortas”, y lo contrario ocurre durante el solsticio de invierno. En los equinoccios, como el prefijo lo indica, el día y la noche tienen una cantidad de horas muy similar, obteniéndose días y noches de igual duración (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2015). SOL 10:00 a. m. SOL 14:00 p. m. Junio Solsticio de verano Marzo / Septiembre Equinoccios de otoño y primavera Diciembre Solsticio de invierno N 43 Iluminación natural 2.1.4.8 Esta estrategia consiste en hacer uso de la luz natural como fuente lumínica, con el fin de suplir, total o parcialmente, los requerimientos y necesidades de iluminación de un espacio. Los factores de diseño para la iluminación natural en la arquitectura responden a estrategias de captación, conducción y trasmisión de la luz natural, la cual ingresa en las edificaciones por aberturas y cerramientos traslúcidos que deben ser regulados para obtener diferentes distribuciones e intensidades lumínicas; y que, además, pueden estar localizados en los diferentes componentes de la envolvente, tanto en sus fachadas para luz lateral como en las cubiertas para iluminación cenital. Las fuentes de luz natural son el sol, el cielo y las superficies de su entorno que proporcionan luz directa, luz difusa y luz reflejada o indirecta, respectivamente (Lamberts et al., 2004). Cuando la radiación solar entra en la atmósfera, una porción de esta llega directamente a la superficie terrestre como luz directa, mientras que otra porción es diseminada por partículas presentes en el aire, que la interceptan en su recorrido a la superficie terrestre y se define como luz difusa. Asimismo, cuando ambas porciones de esta radiación, directa y difusa, llegan a la corteza terrestre, estas son reflejadas, en mayor o menor medida, por las superficies de los elementos que las reciben en luz reflejada o indirecta (Área Metropolitana Valle de Aburrá, 2015). 44 Ventilación natural 2.1.4.9 Esta estrategia consiste en ventilar los espacios interiores de forma natural, por medio del movimiento del aire producido por las diferencias de presión generadas en el ambiente y su entorno. Estas diferencias pueden ser producidas por dos fenómenos naturales, 1) el empuje del viento por presión dinámica o por una diferencia de temperatura, definida como presión estática, que se denomina termosifón o efecto chimenea; o 2) el aire en movimiento, producido por uno o por ambos fenómenos, que entra a la edificación de manera intencional o no intencional a través de su envolvente. En el primer caso, mediante las aberturas definidas para este propósito; y en el segundo, por infiltración, condición definida por el ingreso incontrolado del aire exterior por grietas, juntas, intersecciones y por medio de cualquier otro tipo de aberturas involuntarias de la envolvente (Limb, 1992). Los estudiosde ventilación natural parten de identificar los flujos de viento predominantes y su relación con el proyecto, condición que relaciona los estudios de ventilación arquitectónica directamente con su entorno urbanístico, con el fin de orientar, dirigir y/o capturar el viento exterior, dependiendo del clima, favoreciendo su entrada al proyecto en climas cálidos y resguardando los espacios de este en climas fríos. Para obtener la mayor eficiencia de esta estrategia, se debe favorecer siempre la posibilidad de generar corrientes cruzadas de aire, posicionando aberturas en paredes opuestas o adyacentes. Asimismo, estas deben localizarse preferiblemente a diferentes alturas, para maximizar los efectos de ventilación 45 por efecto chimenea. Esta estrategia permite, además, extraer aire caliente del interior de los espacios, manteniendo una relación de temperatura y humedad relativa lo más equilibrada posible con las condiciones del exterior, aun cuando no hay presencia de viento (Área Metropolitana Valle de Aburrá, 2015). 2.2 Confort en arquitectura La condición de confort en arquitectura se refiere a la escala de habitabilidad en una edificación, dada por las condiciones resultantes de los espacios arquitectónicos y el intercambio de materia y energía entre el ambiente exterior y el interior. Está condicionado por el desarrollo de cerramientos arquitectónicos con contacto con el suelo y la atmósfera, además de las propias cargas internas derivadas de la actividad humana y la ocupación de cada espacio. El objeto del diseño arquitectónico, por lo tanto, se fundamenta en la generación de condiciones de habitabilidad interior, mejores que las condiciones exteriores, con rangos de variabilidad y adaptación humana, en escalas temporales y de consumo de energía, que no representen excesivos consumos de recursos naturales durante la operación de la edificación. Desde esta perspectiva, el conocimiento de las condiciones exteriores al proyecto y las necesidades de las personas en el interior por temporalidad y actividad constituyen un punto de partida fundamental para el diseño arquitectónico, orientado a la generación de condiciones de bienestar, sin altas dependencias energéticas (Área Metropolitana Valle de Aburrá, 2015). 46 2.2.1 Confort lumínico y visual Y la nube que pasa le da a la habitación un sentimiento de asociación con la persona que está en ella, sabiendo que hay vida fuera de la habitación, y refleja la vida que da una pintura porque creo que una obra de arte da vida. Entonces, la luz, este gran fabricante de presencias, nunca puede ser… producida por el único momento de luz que tiene una bombilla eléctrica. Y la luz natural tiene todos los estados de ánimo del día, las estaciones del año, que año por año y día por día son diferentes del día anterior. Louis Isidore Kahn Entrevista con William Marlin, junio 24 de 1972 Para lograr la eficiencia lumínica de un proyecto de arquitectura se debe tener la capacidad de manejar racionalmente las diferentes fuentes de luz: el sol y los sistemas artificiales de alumbrado. El proyecto eficiente es el que logra mejorar la calidad lumínica del espacio, utilizando de la mejor manera la luz natural, al mismo tiempo que utiliza el mínimo de luz artificial, buscando siempre la eficiencia energética del proyecto y generando espacios de alta calidad ambiental (Villazón et al., 2004). El Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP), en el capítulo 4 para el diseño de iluminación interior, menciona que para disminuir el consumo de energías asociadas al alumbrado se debe utilizar, hasta donde sea posible, la luz natural proporcionada por la energía radiante del sol, la cual está disponible a lo largo del día en forma directa o a través de la bóveda celeste. Esta 47 última es la fuente de luz considerada para el cálculo del aprovechamiento de la luz natural; en su utilización deben aplicarse los siguientes criterios: a) Para el aprovechamiento de la luz natural se debe disponer, en lo posible, de ventanales y claraboyas que, además del acondicionamiento ambiental y la ventilación del local, permiten el contacto visual y físico con el exterior, lo cual contribuye al bienestar y satisfacción de los usuarios. El diseño de ventanas y aberturas, como claraboyas, debe ser tenido en cuenta desde la etapa del diseño de la edificación y no dejar para que sea resuelta exclusivamente por los diseñadores de iluminación. b) Se debe evitar la luz directa del sol sobre los planos de trabajo, por su gran intensidad lumínica, que genera contrastes excesivos y causa deslumbramiento.9 c) Se debe aprovechar la luz natural mediante la difusión y reflexión de los rayos solares hacia los interiores, pues de lo contrario los ocupantes de los edificios tienden a eliminar totalmente el ingreso de la luz solar y a reemplazarla por la iluminación artificial. d) En un proyecto de iluminación se debe conocer el potencial de la luz natural, hacer una coordinación entre el alumbrado natural y artificial, y seleccionar el equipamiento para el control de la iluminación artificial y natural. 9 Deslumbramiento: es la consecuencia de tener superficies u objetos con una excesiva luminancia (brillo o densidad luminosa) comparadas con el nivel general de la iluminancia del espacio. (Villazón, Rafael et al., 2004) 48 e) Se debe tener conocimiento de la disponibilidad de luz exterior, tanto en sus niveles de radiación como en sus periodos de duración, de acuerdo con las horas de los días con cielos despejados, parcialmente despejados y cielos nublados. Para esto es preciso consultar las bases de datos con los registros de luz natural en forma regular de las diferentes regiones del país que tienen distintas entidades. f) En el desarrollo preliminar del diseño de la edificación, cuando sea posible, se debe procurar optimizar la orientación de las plantas de la edificación para permitir el acceso de luz natural a la mayoría de los locales. Igualmente, en una etapa temprana de la construcción, se debe considerar el diseño de los elementos que ayuden a captar, dirigir y distribuir la luz natural. g) En los diseños de la iluminación de interiores, las ventanas deben cumplir los siguientes objetivos: 1. Maximizar la transmisión de luz por unidad de área de vidrio en la ventana. 2. Controlar la penetración de luz directa del sol sobre el plano de trabajo. 3. Controlar el contraste de claridad dentro del campo visual de los ocupantes, especialmente entre las ventanas y las paredes del local. 4. Minimizar el efecto de reducción del ingreso de la intensidad luminosa debido al ángulo de incidencia de la luz (efecto de reducción por coseno). Esto significa que ventanales ubicados en la parte alta de los muros producen más iluminancia que unos ventanales más bajos, aunque sean de la misma área. 49 5. Minimizar el deslumbramiento de velo sobre los planos de trabajo, resultante de la visión directa de la fuente de luz en los ventanales superiores. 6. Minimizar el calor diurno durante los días soleados, usando aleros o parasoles (Resolución 100540 de 2010, p. 96). La iluminación natural se logra a través de las superficies acristaladas en fachada o bien por vanos y desniveles en losas (cenital). La fuente primaria de la iluminación natural es el sol, pero la luz que llega al interior de un espacio puede entrar de las siguientes maneras (ver Figura 4): Luz directa: la componente del cielo (CC) debido a la luz del día recibida directamente en el punto desde el cielo. Luz reflejada del exterior: la componente reflejada externamente (CRE) debido a la luz día recibida directamente en el punto de superficies reflectivas externas. Luz reflejada interior: la componente reflejada internamente(CRI) debido a la luz del día que alcanza el punto después de una o más reflexiones de superficies interiores. 50 Figura 5. Componentes de la luz diurna dentro de un espacio interior Fuente: elaboración propia La intensidad luminosa dentro de un espacio interior, producida por la luz diurna, es la suma de las tres componentes Lint = CC+CRE+CRI. Se descarta la parte de la ventana que se encuentre bajo el plano de trabajo. La iluminación en un punto P de interés, donde está el plano de trabajo, se encuentra afectada por la altura H, por encima del plano de trabajo de edificios exteriores; la distancia D del edificio, el plano de la ventana, el ancho w y la altura h por encima del plano de trabajo, como se muestra en la Figura 5. 51 Figura 6. Determinación del coeficiente de luz diurna Fuente: elaboración propia La luz natural es un bien precioso, generador de algunas de las principales características del espacio arquitectónico, como la percepción de las tres dimensiones; al mismo tiempo, permite la percepción del paso del tiempo, gracias a la sombra que proyecta. Todos estos elementos que definen la espacialidad del proyecto tienen al arquitecto como único responsable de su buen manejo (Villazón et al., 2004). Finalmente, el tema de la luz natural supone el estudio de la asoleación de los edificios y de sus espacios interiores y exteriores; también implica un conocimiento de la posición exacta del sol en los diferentes momentos del día y en las épocas del año. Esto quiere decir que tener especial atención a la orientación en función de la latitud del lugar de observación puede ser adquirido de muchas maneras: Cálculos complejos basados en fórmulas clásicas de astronomía, obteniendo así el azimut10 y la altura solar11. 10 El azimut es el ángulo que forma un cuerpo celeste y el Norte, medido en sentido de rotación de las agujas de un reloj alrededor del horizonte del observador (Pons, s.f.). 11 La altura solar es el ángulo que forman los rayos solares con la superficie horizontal. Vale 0 a la hora de la salida y la de la puesta del sol, y alcanza el valor máximo al medio día solar. Con este programa se obtiene la curva diaria de variación de la altura solar en el intervalo de tiempo entre la salida 52 El heliodón es un instrumento de simulación que permite visualizar la asoleación directa y las sombras de la maqueta de un objeto (Villazón et al., 2004). Figura 7. Heliodón Fuente: Pinterest (s.f.) y la puesta de sol para cualquier día del año y cualquier latitud (las latitudes del hemisferio Sur se consideran negativas). Hay que tener en cuenta que en algunas latitudes y en algunas épocas del año, el sol no asoma sobre el horizonte en ningún momento del día (Bautista, 2013). 7 8 53 Figura 8. Heliodón Fuente: Universidad Nacional de Colombia (2019) Los ábacos o diagramas solares12 son los instrumentos más usados para proyectos de arquitectura, tanto en estudiantes como en profesionales. Figura 9. Carta solar estereográfica y carta solar cilíndrica para la ciudad de Bogotá Fuente: Dr. Ajmarsh (s.f.) 12 Un diagrama o carta solar es una representación gráfica en planta que permite obtener la posición del sol en el cielo respecto a un punto geográfico, considerando una latitud específica. Eligiendo una fecha y hora, se puede obtener el ángulo solar y azimut correspondiente (SCA Arquitecto, s.f.). 54 El confort visual depende básicamente de la facilidad de la visión para percibir aquello que le interesa. En este sentido, es necesario que la cantidad de luz que ingresa a un espacio sea la requerida para que la agudeza visual permita distinguir lo que se está observando. La distribución de las viviendas en los edificios de departamentos se basa, por lo general, en el principio de superposición y yuxtaposición de elementos habitables de mayor o menor tamaño. Esto genera dos alternativas formales: edificios verticales y edificios escalonados. Como todos los espacios que componen la vivienda deben ser iluminados y ventilados de forma natural, una herramienta para facilitar la iluminación de estos es el diseño de patios de luz, los cuales deben ser diseñados con relación a su altura y a la ubicación de las torres colindantes y las calles (Fonseca, 2013). Para el dimensionamiento de los patios de luz se debe tener en cuenta la siguiente relación: H= 4.00m A= 2.50m H= 8.00m A= 3.25m H= 12.00m A= 4.00m H > 12.00m A= H/3 55 Figura 10. Dimensionamiento patios de luz Fuente: elaboración propia Los proyectos de vivienda deben cumplir con los requisitos generales de iluminación natural en espacios interiores. Todos los espacios destinados a la permanencia de personas se deben iluminar con suficiente luz natural, y de ser posible se debe garantizar una conexión adecuada con el exterior; es decir, los espacios principales deben estar ubicados en las fachadas del edificio para aprovechar al máximo la luz natural, y los espacios secundarios pueden alejarse de la fachada, pero será óptimo que tengan posibilidad de recibir luz y ventilación directamente a través de los patios de luz. Los requisitos generales de iluminación natural medidos en luxes13 para los espacios que componen la vivienda se muestran en la Tabla 1. 13 “Luxes (Lux): Es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para el nivel de iluminación. Es la sensación de luminosidad. Su equivalencia es de un lumen/m². Se usa en fotometría como medida, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un 56 Tabla 1. Iluminación según espacio arquitectónico Fuente: General Electric Corp (s.f.) 2.2.2 Confort Térmico El tema de este subcapítulo es el estudio de los efectos que el entorno termo- higrométrico14 tiene sobre la fisiología y las sensaciones humanas15, en particular dentro de un espacio confinado. A continuación, se mencionan algunos conceptos y sus definiciones tomadas de algunas lecciones de los profesores y arquitectos del Politécnico di Torino. Los factores que determinan el entorno termo-higrométrico en un espacio confinado son: Características térmicas de los elementos delimitadores o elementos de cerramiento (envolvente). La envolvente se clasifica principalmente en dos: envolvente de tipo opaco y la envolvente transparente (fachadas vidriadas). La modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. Resumiendo, es la cantidad de luz que tenemos en un metro cuadrado” (LEDBOX, 2015, párr. 4). 14 Según la RAE, “la higrometría es la rama de la física relativa al conocimiento de las causas productoras de la humedad atmosférica y de la medida de sus variaciones”. Dicho de un cuerpo: que varía sensiblemente de condiciones con el cambio de humedad de la atmósfera. 15 Grado de satisfacción o insatisfacción en el ambiente térmico. VIVIENDA Mínima Recomendada Óptima Dormitorios 100 150 200 Baños 100 150 200 Sala/Comedor 300 400 500 Cocina 100 150 200 Estudio 300 500 800 Iluminancia en luxes según espacio arquitectónico General lighting Design - Large Lamp Department - General Electric Corp. 57 envolvente de un edificio participa en el equilibrio térmico, no solo porque son atravesados por el flujo térmico16, sino también por el almacenamiento y la liberación del calor17. Las particiones internas
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