A la hora de afrontar el diseño arquitectónico un factor fundamental es tener en cuenta lo condicionas naturales y ambientales del entorno con el que vamos a trabajar. Esto se debe hacer siempre con tres objetivos fundamentales que todo proceso de diseño arquitectónico debería intentar alcanzar:
- Reducir el impacto negativos en el entorno. Evitar consecuencias negativas de la nueva construcción sobre el entorno resultante. En resumen, que el impacto de nuestro edificación sobre el entorno sea el mínimo.
- Crear espacios protegidos para el bienestar de los usuarios. Toda construcción arquitectónica al servicio de las personas debe buscar espacios de protección para las mismas, en los que estos se puedan ver protegidos de los factores ambientales negativos que puedan afectar a su confort o a su salud. Esto es especialmente importante en los espacios exteriores o en los espacios intermedios en los que los límites exterior-interior son más difusos.
- Aprovechar los factores ambientales en nuestro beneficio. Cumplidas las dos premisas anteriores, un óptimo diseño arquitectónico desde el punto de vista bioclimático debería hacer que los factores ambientales en el entorno trabajen para nosotros, es decir, que la edificación saque partido a los mismos en su propio beneficio, mejorando el confort de los ocupantes y el consumo energético del edificio.
En este artículo nos vamos a centrar en el viento como factor ambiental abiótico existente en el medio ambiente y que se debe tener en cuenta de manera muy importante a la hora de diseñar cualquier edificio.
¿Qué es el viento?
Es imposible trabajar con algo sin conocerlo antes, por lo que debemos saber qués es el viento, cómo se forma y cómo se comporta para poder adaptarnos a él y sacarle provecho.
El viento es, explicándolo de manera sencilla, el flujo del aire en movimiento. ¿Y por qué se mueve el aire?. Pues el aire se mueve debido a las diferencias de presión atmosféricas, por decirlo de otra manera, las masas de aire se mueven para compensar las diferencias de presión entre dos puntos generadas por el calentamiento diferencial de la superficie terrestre. El aire caliente, menos denso, asciente dejando su lugar al aire frío más denso generando un fenómeno que se denomina convección, y que es vital para el ciclo del agua y para la formación de los sistemas climáticos.
Hasta aquí bien, pero os esteréis preguntando también qué es eso que todos conocemos, incluso tocamos, y que denominamos aire. Pues el aire es la disolución de gases que forma la atmósfera y que rodea nuestro planeta tierra debido a la fuerza de atracción gravitacional que este ejerce hacia si mismo. Esta disolución de gases está formada por un 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno, 0,89% de gases nobles, 0,1% de agua y pequeñas cantidades de otros gases, además de una cantidad variable de vapor de agua.
Tipos de vientos
Los vientos se clasifican de diversas maneras según sus características y origen. Aquí hay algunas categorías comunes de vientos:
- Vientos Planetarios o Globales: Se generan principalmente como consecuencia del movimiento de rotación terrestre, que origina un desigual calentamiento de la atmósfera por la insolación. Algunos de ellos son:
- Alisios: Son vientos que soplan de manera constante desde áreas de alta presión hacia áreas de baja presión cerca del ecuador. Hay alisios del noreste y del sureste, dependiendo del hemisferio.
- Vientos del Oeste: Soplan de oeste a este en las latitudes medias y altas. Estos vientos son importantes en la formación de las condiciones climáticas en esas regiones.
- Monzones: Cambian de dirección estacionalmente debido a las diferencias de temperatura entre tierra y agua. Por ejemplo, en el verano, el monzón en el sur de Asia trae vientos húmedos del suroeste, mientras que en el invierno, los vientos secos soplan desde el noreste.
- Vientos Polares: Soplan desde las altas latitudes hacia las bajas latitudes y están asociados con las áreas de alta presión en los polos.
- Vientos regionales: Son determinados por la distribución de tierras y mares, así como por los grandes relieves continentales. Los monzones también pueden considerarse como vientos regionales, aunque su duración en el tiempo y su alternabilidad estacional los convierten más bien en vientos planetarios.
- Vientos Locales:
- Brisas Marinas: Ocurren debido a las diferencias de temperatura entre la tierra y el agua. Durante el día, la tierra se calienta más rápido que el agua, creando una baja presión sobre la tierra, lo que atrae los vientos desde el mar.
- Brisas Terrestres: Ocurren durante la noche cuando la tierra se enfría más rápidamente que el agua. La brisa fluye desde la tierra hacia el mar.
- Vientos de Montaña y Valle: Se forman debido a la topografía. El aire caliente tiende a subir por las laderas de las montañas (viento de montaña), mientras que el aire frío desciende hacia los valles (viento de valle).
(fuente: Serra, R. «Arquitectura y Climas» )
Estas son solo algunas categorías generales, ya que hay muchos otros vientos regionales y locales que pueden tener características únicas. La complejidad de los patrones de viento es enorme y está influenciada por una variedad de factores, incluidos la topografía, la temperatura, la presión y las interacciones atmosféricas a gran escala.
¿Cómo se mide el viento?
La velocidad y la dirección del viento se miden y representan utilizando instrumentos meteorológicos específicos. Aquí indicamos algunos de los instrumentos y métodos comunes para medir y representar el viento:
Medición de la Velocidad y dirección del Viento:
- Anemómetro: Es el instrumento más común para medir la velocidad del viento. Puede tener varias formas, pero comúnmente consiste en tres o cuatro copas que giran con el viento. La velocidad del viento se mide comúnmente en metros por segundo (m/s), kilómetros por hora (km/h) o nudos (nudos).
- Veleta: Instrumento que indica la dirección del viento. Tiene una flecha que apunta en la dirección del viento dominante. Proporciona información sobre la dirección del viento en grados, donde 0 grados generalmente representa el norte y los otros puntos cardinales están numerados en sentido horario.
Es habitual que estos instrumentos se encuentrean en estaciones meteorológicas terrestres o situadas en boyas en el océano. Por otro lado, hoy en día los satélites meteorológicos también pueden proporcionar información sobre la circulación atmosférica y la dirección del viento a gran escala.
¿Cómo se representa gráficamente el viento?
La representación más útil para conocer las condicones de viento de un lugar es la rosa de los Vientos, esta consiste en un diagrama que muestra las direcciones y fuerzas predominantes del viento en una ubicación específica. Las direcciones se representan en relación con los puntos cardinales.
Otra respresentación útil es a través de tablas en las que se reflejan la velocidad de los vientos y su dirección según el mes del año, como esta tabla extraída del «Manual de Diseño bioclimático para Arquitectos y Urbanistas» de Victor Olgyay
Existen otras representactiones utilizadas habitualmente en estudios meteorológicos como son el perfil del viento, el cual se utiliza para representar la variación de la velocidad y dirección del viento con la altitud. O también las barbas de viento, símbolos que podemos ver en los mapas meteorológicos como una manera rápida intuitiva de ver velocidad y dirección del viento.
¿Dónde podemos encontrar información relativa a los vientos de un lugar?
En internet podemos encontrar varias web con información útil con respecto a los vientos:
- https://es.windfinder.com/
Portal web para kitesurfistas, windsurfistas, surfistas, navegantes y parapentistas en el que se muestra el estado del viento, previsiones, así como múltiples datos estadísticos obtenidos mediante más de 20.000 estaciones meteorilógicas. - https://www.aemet.es/
La Agencia Estatal de la Metoeorología, nos proporciona múltilpes datos útiles con respecto a la meteorología en España. - Agencias de las C.C.A.A.
Los servicios meteorológicas de las diversas Comunidades Autónomas (MeteoGalicia, Meteocat, Euskalmet, etc) nos proporcionan también información meteorológica para ámbitos más específicos que la agencia estatal. - https://www.meteoblue.com/
Meteoblue es un servicio meteorológico creado en la Universidad de Basilea, Suiza, en cooperación con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos y los Centros Nacionales de Predicción Ambiental. En este se pueden encontrar múltiples datos meteorológicos, así como interesante rosas de los vientos.
Toda la información obtenida evidentemente debemos llevarla después a nuestro entorno de trabajo, teniendo en cuanta topografía y elementos naturales y construídos.
Cómo actúa el viento sobre nuestro edificio
Las acciones del viento sobre un edificio le afectan de diversas maneras. Por un lado, influyen considerablemente sobre el ambiente interior, influyen también sobre el microclima que lo rodea y, por otro lado, afecta considerablemente sobre la envolvente aumentando las pérdidas energéticas de esta.
Antes de enfrentarse a él es importante tener unas ligeras nociones de cómo este se comporta al encontrarse con los edificios y obstáculos y cómo incide sobre ellos y sobre su entorno.
Cómo actúa el viento con respecto a una barrera
(fuente: Olgyay. V. «Arquitectura y Clima: Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas» )
Como norma general y ante un viento típico, la intensidad del viento queda reducida a la mitad hasta una distancia de 10-15 veces la altura de la barrera, aunque claro está que la forma de la misma influirá de manera relevante en este aspecto. Con barreras continuas (no vegetales) se conseguirá una reducción mayor de hasta una cuarta parte de la intensidad hasta una distancia del orden de 10 veces la altura de la barrera.
Esto vale también para la influencia de las propias edificaciones sobre el entorno circundante, pero hay que estudiar cada caso específico en planta y sección , ya que puede variar drásticamente con las variación de las proporciones de la barrera. A continuación vemos una serie de pruebas en túnel de viento sobre elementos construídos con diferentes disposiciones.
(fuente: Olgyay. V. «Arquitectura y Clima: Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas» )
La acción del viento sobre la envolvente
Esto está estrechamente relacionado con las depresiones u sobrepresiones que se crean en las superficies, que son las que generan corrientes de aire deseadas o no a través de los locales interiores.
Sobre un paralelepípedo, como forma base, la incidencia en dirección perpendicular a una cara, supone una elevada sobrepresión en dicha cara, una depresión en la contraria y zonas de ligera depresión y sobrepresión en los laterales y cubierta (plana). Las irregularidades sobre fachadas y cubierta, así como en la forma, pueden varias considerablemente la incidencia del viento, pero un análisis en planta y sección puede servir para estimar con cierta aproximación los efectos.
(fuente: Serra, R. «Arquitectura y Climas»)
Existen también programas informáticos o incluso pruebas en túnel de viento para estimar estos efectos, pero esto habitualmente sólo se realiza para edificaciones de elevada altura. En las imágenes de abajo se puede ver el efecto comentado anteriormente de manera empírica.
La acción del viento sobre los flujos de aire interiores
Es importante diferenciar el comportamiento del edificio ante las infiltraciones producidas por pequeños huecos en la envolvente, en las que las presiones sobre la misma se mantienen, del comportamiento que se produce ante las aberturas (habilitadas de manera voluntaria) de la envolvente para generar una corriente interior, donde se produce un descenso de la presión en la zona de la envolvente donde se encuentran dichas abertudas
Como norma general, ante una corriente interior generada entre varias aberturas de una envolvente, este tenderá a ir hacia el lado en el que le sea más fácil, es decir, tenderá a ir por el lado en el que la diferencia de presiones sea más alta. Es decir, no se va a repartir de manera equitativa entre los huecos de la envolvente, por lo que habrá zonas con mucha ventilación y otras zonas, aún con huecos, puede que no cuenten con un flujo de aire suficiente para ventilarse.
Aquí vemos algunos ejemplos del comportamiento de los flujos de viento en una edificación extraidos del «Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas» de Victor Olgyay. En la primera imagen de arriba a la izquierda vemos como con una sola apertura en la edificación , sin otra en la cara opuesta, el viento no penetra en el interior, desviándose hacia los laterales. Esto es debido a la presión ejercida hacia afuera por el propio aire interior, y causa de la mala ventilación natural que se produce en múltiples locales o viviendas con una situación similar.
En el resto de las imágenes vemos el efecto del flujo del viento en relación a los tamaños y posiciones de los huecos. La alternancia entre huecos de diferentes tamaños permite aumentar o reducir la velocidad del aire a la entrada o salida de la edificación. Por otro lado, la colocación a un lado de los huecos de manera enfrentada no permite el correcto barrido de la ventilación sobre todo el espacio. Como comentamos, el aire tenderá a ir por donde le es más fácil, por lo que se irá de manera directa desde la abertura de entrada a la de salida.
En las siguientes imágenes vemos el efecto del viento según las barreras que le interpongamos, respresentando a las particiones interiores. Se aprecia claramente como el aire siempre tiende a seguir el camino más fácil y por el que la diferencia de presión es mayor. Esto debemos tenerla muy en cuanta a la hora de situar y dimensionar los huecos, procurando el barrido del aire permita la ventilación eficiente de cada estancia.
A continuación se presentan unas pruebas experimentales en sección. En las primeras 6 imágenes vemos el flujo del aire según las diversas posiciones en altura de las aberturas, mientras que en las siguientes 6 imágenes vemos la misma prueba interponiento elementos que puedan desviar el aire en una determinada dirección.
Se puede extraer algunas conclusiones al respecto, como que los aleros nos permiten concetrar un mayor fujo de aire en una abertura o que la disposición de elementos inclinados como lamas nos permiten orientar la dirección del flujo del aire para optimizar el barrido de una estancia.
El fenómeno de la convección del aire interior
Aunque no tenga que ver estrictamente con la influencia del viento exterior sobre el edificio, es importante recordar también que, al igual que se produce en la atmósfera el fenómeno de convección, este se produce también en el espacio interior de las edificaciones. El fenómeno consiste en que el aire caliente , al contar con una menor densidad, asciende, por lo que el aire más frío y denso circundante ocupa el espacio que deja el aire caliente que se eleva. Este ciclo de movimiento contínuo puede ayudar tanto para distribuir el calor de una manera uniforme en todo el espacio interior ante una o varias fuentes de calor, o para permitir una ventilación adecuada dentro de un edificio. Esto último es especialmente importante en climas cálidos, ya que permite evacuar el aire caliente sustituyéndolo por aire a menor temperatura.
La explicación a este fenómeno es que al calentarse las partículas presentes en el aire estas adquieren una mayor energía cinética, es decir, se mueven más rápidamente, lo que da lugar a que se generen más huecos intermedios entre ellas que hacen que la densidad sea menor y, por tanto, este asciendo dando lugar a la convección.
En la arquitectura se ha aprovechado habitualmente este fenómeno mediante soluciones específicas como la chimenea solar, la cámara solar, las fachadas ventiladas, o con elementos como los radiadores.
Qué podemos y debemos hacer ante el viento
Hasta ahora hemos hecho un resumen de qué es el viento, cómo medirlo y representarlo, donde obtener datos sobre él y cómo este se comporta. Pero todo esto debe tener algún fin, y hablando de arquitectura no puede ser otro que obtener mejores resultados en cuanto al comfort de los usuarios, así como la optimización de los recursos disponibles a nuestro alcance en busca de un mayor ahorro energético y sostenibilidad en la edificación.
En general, ante cualquier entorno en el que actuemos debemos conocer muy bien los vientos prodominantes en cada época del año para saber cómo proceder con el diseño ante las diferentes situaciones y épocas del año. De modo resumido, diremos que en climas o períodos fríos se deberá buscar protección y evitar corrientes indeseables en el edificio y el entorno, mientras que en climas o períodos cálidos será necesario favorecer el paso de brisas y la adecuada ventilación interior aprovechando las presiones y depresiones generadas por el viento, especialmente si la humedad es elevada.
A continuación vemos un diagrama de comfort higromético basado en el diagrama de V. Olgyay. En este se pueden ver que a partir de cierta temperatura el viento se hace necesario para contar con unas mejores condiciones de confort, siendo aún más necesario cuando la humedad relativa es mayor, especialmente a partir del 50%.
(fuente: «Manual de Arquitectura Bioclimática» de Guillermo Enrique Gonzalo)
Para diseñar de una manera adecuada al clima, disponemos de una seria de herramientas a diversas escalas en el proceso de concepción proyectual, las cuales veremos en otro artículo. Eso sí, hay que recordar que en todo proceso proyectual cobra especial relevancia la interrelación de todos los aspectos y condicionantes (clímáticos o no), así como priorizar y jerarquizar cada aspecto en relación al estudio minucioso del entorno (lugar, clima, vistas, patrimonio, etc) y las condiciones programáticas del proyecto.