Viento y arquitectura II – Cómo diseñar nuestro edificio para favorecer la ventilación o protegernos del viento, cuando este es molesto.

Herramientas del proyectista la hora de diseñar con respecto al viento

En el post de «El viento en la arquitectura I – Qué es y cómo se comporta» hicimos resumen de qué es el viento, como medirlo y representarlo, donde obtener datos sobre él y cómo este se comporta. Pero todo esto debe tener algún fin, y es aquí donde nos adentraremos en las diversas herramientas con las que cuenta un proyectista a la hora de diseñar teniendo en cuenta esta condición ambiental específica y cómo el uso de ellas permite mejorar el confort de los usuarios y la optimización de los recursos.

En general, debemos conocer muy bien los vientos prodominantes en cada época del año para saber cómo proceder con el diseño. De modo resumido diremos, que en climas o períodos fríos debemos 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 confort 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%.

Para diseñar conforme a todos los condicionates comentados, disponemos de una seria de herramientas a diversas escalas en el proceso de concepción proyectual, las cuales hemos intentado identificar y enumerar de manera diferenciada. 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 en relación al estudio del entorno (lugar, clima, vistas, etc) y las condiciones programáticos del proyecto.

La situación y la orientación

La selección del lugar para una construcción es una decisión realmente relevante a la hora de poyectar un edificio. Muchas veces esto nos viene dado y nuestra libertad se limita a una parcela de limitadas dimensiones pero, aún así, no se debería minusvalorar dicha elección. Por ello, es verdaderamente importante conocer y considerar ya desde el inicio (además del resto de factores ambientales) la dirección y la velocidad de los vientos predominantes para escoger bien la parcela y la posición dentro de esta, de modo que nuestra construcción pueda colocarse adecuadamente.

Algunos aspectos a tener en cuenta en las decisiones a tomar en este apartado son:

Aprovechar las condiciones topográficas, urbanas y paisajísticas del entorno en nuestro beneficio.
La presencia de elementos del entorno urbano o ambiental tales como desniveles topográficos, masas de vegetación o edificios cercanos puede hacer que nuestra parcela cuente con espacios más soleados y protegidos del viento, lo cual debemos tener en cuenta a la hora de situar y disponer nuestra edificación. Se debe buscar que las zonas de estar exteriores se encuentren orientadas de manera que incidan en ella los menos posible los vientos predominantes indeseados (en épocas frías) y , por otro lado, aprovechar los flujos de aire deseado (brisas de verano) para favorecer la ventilación interior.

Una adecuada separación entre edificios favorece una mejor ventilación o una mayor protección en el espacio entre edificaciones.
Como hemos comentado, en climas cálidos y húmedos es especialmente relavante asegurar una adecuada ventilación de la edificación. Para ello, teniendo en cuenta los flujos de aire por encima de las edificaciones, es conveniente dejar una separación mínima entre edificaciones (5 veces la altura) si se quiere que las condiciones de ventilación sean similares. Aunque es evidente que la forma de la cubierta también influye, como veremos más adelante.

De la misma manera, si queremos habilitar zonas protegidas de los vientos no deseados debemos tener en cuenta este efecto barrera producido por las propias edificaciones en relación a la altura.

La disposición de los edificios debe ser adecuada para que las condiciones de ventilación sean óptimas en la dirección de los vientos deseados, y que estas nos protejan ante los no deseados.
El flujo de aire alrededor de una edificación crea una zona de alta presión en la cara de frente y de baja presión en la cara de atrás y en las caras paralelas a la dirección del viento. Las edificaciones alineadas en la dirección del viento crean sombras de viento a las otras edificaciones que están aguas abajo y en consecuencia una mala ventilación en caso de ser necesario. Esta situación puede mejorarse orientando las edificaciones en un cierto ángulo en relación a la dirección predominante del viento deseado. Por el contrario, si la dirección de un determinado viento no es beneficioso para las condiciones de confort, colocar las edificaciones alineadas en esta dirección nos permitirá tener zonas de protección en la parte opuesta a la edificación.

Fuente: Field Guide for Energy Performance, Confort and Value in Hawai Home

La forma

En el caso de edificaciones de elevada altura como los rascacielos, el diseño aerodinámico es clave debido a las elevadas cargas horizontales que pueden incidir en el mismo, y las cuales deben ser tenidas muy en cuenta a la hora de diseñar y calcular la estructura. No generar grandes barreras a los vientos más fuertes, y que la forma del edificio desvíe de manera efectiva el viento, es algo fundamental. De ahí que en muchos casos se hagan modelos informáticos para el cálculo de dichas cargas sobre el edificio, así como modelos a escala para ser probados en túneles del veinto, al igual que los vehículos.

En el caso de edificaciones de baja altura, como viviendas unifamiliares, estos condicionantes de forma son menores en cuanto a temas estructurales, pero son muy relavantes en relación o a buscar condiciones de bienestar en la edificación (ventilación interior) y su entorno (protección). Algunas mejoras que podemos obtener en este aspecto son:

La forma del edificio debería ser tal que este se colocoque de manera transversal a los vientos más deseados o que nos producen confort, mientra que, por otro lado, se coloque de manera paralela a los vientos indeseados e inconvenientes. Con esto favoreceremos la ventilación interior de la edificación mediante las brisas deseadas (épocas cálidas) y una menor infiltración de los vientos indeseados.

Hay muchas veces que esta disposición coincicirá con la orientación del sol, lo cual es lo ideal, pero cuando la orientación solar óptima de la edificación entra en conflicto con la orientación óptima del viento, se puede utilizar el juego de volúmenes en fachadas para orientar la trayectoria del viento a través de la edificación. Esto es de especial importancia en el trópico, donde con frecuencia los vientos predominantes vienen del este, por lo que se aconseja orientación norte-sur para las fachadas con mayor área.

En el siguiente dibujo vemos un diagrama para un clima cálido en el que se busca un menor soleamiento y unas mejores condiciones de ventilación, por lo que no es aplicable a otros climas, pero sí nos sirve para comprender cómo la capacidad de adaptar la forma a las condiciones climáticas específicas de un lugar puede mejorar considerablemente las condiciones de confort interior en la edificación, es decir, una mayor eficiencia energética a través de la forma.

En cuanto a la volumetría exterior de un edificio y su disposición en relación a los vientos, cabe destacar, como regla general, que cuanto mayor sea el desvío de la trayectoria del viento producido por el volumen y disposición del edificio, mayor será la zona de calma o sombra de viento. Esta estrategia nos servirá tanto para generar una mayor protección en determinadas zonas en el entorno próximo del edificio, como para favorecer la ventilación interna, combinando las diferencias de presión entre barlovento y sotavento con una mayor permeabilidad de las fachadas contrapuestas, como veremos más adelante.

En la figura se muestran diversas configuraciones geométricas y la magnitud de la sombra de viento producida.

En resumen, es necesario explorar diseños que se integren de manera armoniosa con la topografía circundante y que protejan los mejores espacios de estar exteriores (en cuanto a soleamiento, vistas, etc) de los vientos predominantes no deseados y más molestos mientras que, por otro lado, aprovechen las brisas deseadas para obtener unas mejores condiciones de ventilación cuando las condiciones del clima lo requieran.

La forma de las cubiertas también influye en las condiciones de la ventilación interiores y exteriores. El ángulo de inclinación y la orientación de las aguas de un techo pueden emplearse para desviar la trayectoria original del viento, y de esta manera aprovechar mejor su fuerza dinámica para ventilar los ambientes o proteger las zonas opuerstas ante vientos indeseados. La imagen siguiente muestra el comportamiento del viento según diferentes configuraciones de techo.

Techos inclinados a favor del viento producirán mayor presión en la fachada de incidencia que techos planos, por cuanto la trayectoria del viento se desvía hacia arriba y produce una mayor masa de aire a presión negativa a sotavento. Mientras mayor es la pendiente mejor es el efecto. Por otro lado, techos con pendientes opuestas a la incidencia de los vientos producen un efecto de presión negativa menor, debido a que el aire tenderá más lentamente a restaurar su trayectoria original para volver a la superficie del suelo.

Los efectos anteriores también se pueden aprovechar a la hora de proteger una zona exterior de vientos indeseados. Techos con pte opuesta a la dirección del viento permiten una protección mayor en el espacio situado frente a la cara opuesta a la incidencia, así como que este espacio protegido sea mayor. De la misma forma, techos con pte. en la misma dirección provocarán un espacio protegido inferior, al restaurarse la trayectoria del viento más rápidamente.

Los techos a dos aguas con orientación perpendicular a la incidencia de los vientos y con poca pendiente permitirán la restauración más rápida de la trayectoria del viento a sotavento, por lo tanto menor será la diferencia entre sobrepresión y depresión alrededor del volumen. Con techos a cuatro aguas el efecto es más evidente.

Techos planos con aleros tipo corredor perimetral disminuirán los campos de presión alrededor del volumen. Esta situación se puede mejorar creando remates ascendentes al perímetro de los aleros. Aunque, cabe decir también, que como hemos visto anteriormente, los aleros permiten también concentrar un mayor flujo de aire en una abertura de una fachada.

Otro factor importante a tener en cuenta es la altura de la edificación. El roce del viento contra el suelo reduce el movimiento del aire. Por tanto, en muchos casos en los que se requiere un mayor movimiento para favorecer la ventilación interior, se hace necesario elevar la edificación o parte de la misma mediante pilotes o columnas, para que así la velocidad del aire que la atraviesa sea mayor. De la misma manera, edificaciones de reducida altura, contarán con una exposición a vientos con menor velocidad.

El diseño de las aberturas para favorecer la ventilación interior

Planificar aberturas estratégicas implica pensar en la posición, tamaño y tipo de ventanas. Colocar ventanas en lados opuestos permite un flujo de aire cruzado, optimizando la ventilación natural. Además, considera la altura de las ventanas para facilitar la entrada y salida del viento.

Es importante que estas estén de acuerdo a la distribución de los espacios interiores. Diseña espacios internos que faciliten la ventilación cruzada. Corredores internos, atrios y patios actúan como conductos de aire, permitiendo que la brisa fluya a través de la casa y manteniendo una temperatura interior más cómoda. (Imagen sugerida: Esquema detallado de ventilación cruzada en diferentes áreas de la casa).

Es importante que las las aberturas principales, como ventanas y puertas, se alineen entre sí para favorecer la ventilación cruzada, pero es mejor que las fachadas en las que estas se encuentra, sea oblicua con la dirección predominante del viento. Esto facilitará la captura eficiente de la brisa y favorecerá la ventilación cruzada en el interior.

En el siguiente esquema la opción C es la que proporciona unas peores condiciones de ventilación, pero el hecho de abrir otra ventana en la estancia mejora el flujo de ventilación interior.

Es importante sobredimentisonar la superficie de las salidas de aire respecto a las de la entrada. De esta manera, el aire de salida circula más lento para un mismo caudal.

En cuanto a la disposición de las aberturas, siempre será mejor situar las de salida en una posición alta y las de entrada en una posición baja, especialmente si se quiere maximizar el efecto de la ventilación para refrigerar el ambiente exterior.

En cuanto a las aberturas, es importante elegir dispositivos que permitan graduar la abertura para permitir una autorregulación del flujo de aire por parte del usuario.

Los sistemas de microventilación, mediante aberturas o herrajes específicos son especialmente útiles en invierno, permitiendo habilitar un flujo de ventilación, sin que este suponga un elevado nivel de pérdidas energéticas.

Es importante decir que el CTE (Código técnico de la Edificación), en el DB-HS3, ya incluye estos dispositivos de microventilación como obligatorios (a excepción de los casos en los que se realiza una ventilación con recuperador de calor), siendo las aberturas de admisión por las que entrará el aire, que posteriormente se extraerá por las aberturas de extracción en zonas húmedas, mediante un sistema híbrido o mecánico.

En cuanto a la selección de las carpinterías más adecuadas, estas deben ser seleccionadas con una resistencia adecuada a los vientos a los que será expuesto, lo que será especialmente importante en los casos en los que la edificación cuenta con una altura elevada. En zona costera o en un área con vientos salinos, es importante también seleccionar carpinterías con materiales resistentes a la corrosión para garantizar la durabilidad a largo plazo.

Ya de cara a la eficiencia energética es muy importante a la hora de concebir y ejecutar la construcción de una edificación, que se minimicen al máximo las las infiltraciones de aire no controladas. Una edificación bien diseñada y construida es en la que la ventilación interior es controlada, y esta es la adecuada para garantizar las condiciones de confort internas, sin corrientes de aire indeseadas que puedan afectar a la salud de los ocupantes o la eficiencia energética.

El diseño paisajístico del entorno para controlar el aire

El diseño paisajístico no solo aporta valor estético al entorno construido, sino que también puede ser una herramienta eficaz para controlar el viento y la circulación del aire en el interior y exterior de las edificaciones.

La vegetación juega un papel clave: árboles y arbustos, ubicados estratégicamente, actúan como barreras naturales que dirigen, filtran o desaceleran el viento, generando microclimas más agradables alrededor de la vivienda. En climas fríos, estas barreras ayudan a proteger la edificación del viento helado, reduciendo las pérdidas de calor. De forma similar, elementos estructurales como muros o pantallas pueden bloquear los vientos predominantes y mejorar el confort térmico del espacio exterior.

La adaptabilidad es fundamental: el viento varía según la estación, por lo que es importante observar su comportamiento durante el año. Ajustar la disposición de la vegetación o modificar la ubicación de aberturas puede optimizar la ventilación natural y mejorar la eficiencia energética de la vivienda.

El diseño del espacio entre volúmenes construidos también influye en la circulación del aire. Por ejemplo, cerrar un pasaje con una pared orientada hacia el viento aumenta la presión positiva, acelerando el flujo de aire hacia el interior. En fachadas con ventanas orientadas a 45° respecto a la dirección del viento, colocar un volumen saliente al final de la fachada puede duplicar esta presión positiva y favorecer la ventilación. Por el contrario, si el obstáculo se ubica antes de las ventanas, la presión frente a ellas disminuye y se reduce el caudal de aire que ingresa.

El efecto de un arbol en a proximidad de un edificio puede generar zonas protegidas o incluso aumento de la acción del viento según su disposición

Muchas veces, la orientación de la edificación según la trayectoria solar está en contradicción con la de los vientos dominantes, pero una estudiada disposición de los elementos constructivos exteriores, de la volumetría y de la vegetación pueden cambiar la dirección del aire en movimiento.

Es conveniente un buen mantenimiento de la vegetación para permitir el libre flujo de aire hacia las ventanas. Un árbol bien seleccionado y adecuadamente mantenido y podado arroja sombras, lo cual reduce el calor radiante, proporciona vistas adecuadas y permite el paso de los vientos a su alrededor.

La integración de soluciones para el movimiento y tratamiento del aire interior

El aire que respiramos dentro de una vivienda o edificio no solo influye en nuestro confort térmico, sino también en nuestra salud y bienestar. Un diseño cuidadoso que aproveche los fenómenos naturales para mover y tratar el aire puede reducir la dependencia de sistemas mecánicos, disminuir el consumo energético y generar espacios más agradables. En este artículo, exploraremos cómo podemos integrar soluciones pasivas para favorecer el movimiento del aire y climatizarlo de manera natural, combinando conocimiento técnico con estrategias tradicionales y modernas de arquitectura bioclimática.

¿Cómo favorecer el movimiento del aire?

El movimiento del aire dentro de un edificio está condicionado principalmente por diferencias de temperatura y presión, así como por la acción del viento exterior. Estos fenómenos naturales permiten crear corrientes de aire que pueden ventilar, refrescar y mejorar la calidad del ambiente interior sin necesidad de ventiladores o sistemas mecánicos.

A continuación se indican algunas estrategias:

Efecto chimenea:
El principio básico consiste en aprovechar la diferencia de densidad del aire caliente y frío. El aire caliente sube, creando un vacío que atrae aire más fresco desde los niveles inferiores. Este efecto se puede potenciar mediante aberturas en la parte alta de la vivienda o edificios, logrando ventilación natural y renovación constante del aire.

Chimenea solar:
Es una evolución del efecto chimenea. Consiste en una torre vertical con paredes oscuras que absorben el calor del sol, aumentando la temperatura del aire en su interior. El aire caliente asciende y genera una succión que atrae aire fresco desde el exterior. Este sistema es especialmente eficaz en climas cálidos y secos, y puede combinarse con techos ventilados para mejorar el confort térmico.

Aspiradores estáticos:
Son elementos arquitectónicos diseñados para captar viento y dirigirlo al interior de la edificación. Funcionan mediante diferencias de presión: la forma de la abertura exterior genera succión o presión positiva, movilizando el aire hacia el interior sin energía adicional. Se pueden integrar en fachadas o techos de manera estética y funcional.

Torres de viento (Windcatchers):
Tradicionales en la arquitectura árabe e iraní, las torres de viento capturan la brisa predominante y la dirigen hacia el interior. Son muy útiles en climas cálidos y áridos, donde se busca ventilación continua y refrescamiento pasivo.

¿Cómo climatizar el aire de manera natural?

Además de mover el aire, podemos modificar su temperatura y humedad utilizando fenómenos naturales: conducción, evaporación y intercambio térmico con el suelo o el agua. El objetivo es refrescar el aire en verano, calentarlo en invierno o mantener condiciones estables y saludables durante todo el año.

Estanques y cuerpos de agua cercanos:
El agua tiene un alto poder de enfriamiento por evaporación. Ubicar estanques o lagunas cerca de la edificación permite que el aire que circula por el entorno se refresque antes de entrar, reduciendo la temperatura percibida en patios y habitaciones.

A continuación se indican algunas estrategias:

Patios interiores con fuentes:
El agua en movimiento genera enfriamiento evaporativo, además de mejorar la humedad relativa. Este sistema es muy eficaz en climas secos y puede integrarse con ventilación cruzada para distribuir aire fresco en toda la vivienda.

Pozo canadiense (o pozo geotérmico superficial):
Consiste en un conducto subterráneo por el que se hace pasar el aire exterior. Gracias a la temperatura constante del subsuelo, el aire se enfría en verano y se calienta en invierno antes de llegar al interior del edificio. Es una de las soluciones más eficientes y sostenibles para climatización pasiva.

Muros y techos trombe:
Los muros o superficies con alta inercia térmica pueden almacenar calor durante el día y liberarlo durante la noche, modulando la temperatura interior sin necesidad de calefacción adicional.

Torres de viento (Windcatchers):
Las torres de viento, indicadas en el apartado anterior, pueden contener sistemas para enfriar el aire de forma pasiva captando la brisa exterior y canalizándola a través de superficies húmedas o muros de alta inercia que absorben calor, además de recorrer conductos subterráneos en algunos casos. Este flujo genera ventilación cruzada y renovación constante del aire, reduciendo la temperatura interior sin necesidad de energía eléctrica, aprovechando la evaporación, la conducción térmica y el movimiento natural del aire.

Sistemas de evaporación forzada pasiva:
Incorporar elementos porosos o vegetación estratégica que faciliten la evaporación del agua y el enfriamiento del aire, como pérgolas con enredaderas o muros verdes, permite reducir la temperatura percibida y mejorar el confort.

Ventilación nocturna:
Aprovecha las bajas temperaturas nocturnas para introducir aire fresco, es una estrategia especialmente eficaz si se combina con muros de alta inercia que absorben y liberan calor lentamente.

Bibliografía consultada

• Olgyay, V. (1998). Arquitectura y Clima. Manual de Diseño Bioclimático para Arquitectos y Urbanistas. Editorial Gustavo Gili
• Serra, R. (1999). Arquitectura y Climas. Editorial Gustavo Gili
• Enrique Gonzalo, G. (2015). Manual de arquitectura Bioclimática y Sustentable.
• DBEDT, AIA. (2001). Field Guide for Energy Performance, Confort and Value in Hawai Home. U.S. Department of Energy
• Sosa Griffin, M. E; Siem, G. (2004). Manual de diseño para edificaciones energéticamente eficientes en el trópico.
  IDEC/FAU/UCV