Refugios del calor: cómo diseñar espacios frescos en climas cálidos

El planeta se enfrenta a una realidad ineludible: el cambio climático intensifica las olas de calor y aumenta la frecuencia de temperaturas extremas en todo el mundo. Este escenario presenta un desafío crucial para los profesionales de la arquitectura, el diseño de interiores y la construcción: crear espacios habitables y confortables en climas cálidos.

Esta tarea se convierte en una cuestión de salud y bienestar para las personas que habitan estos espacios. Por ello, este blog tiene como objetivo explorar en profundidad las estrategias de diseño arquitectónico que se pueden implementar para enfrentar este reto. Así, se abarca desde las técnicas más elementales hasta las últimas innovaciones tecnológicas.

Nos embarcaremos en un viaje para comprender cómo diseñar «refugios del calor». Cómo crear espacios que brindan confort térmico en climas cálidos, al tiempo que son sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.

Estrategias de diseño pasivo para el enfriamiento en climas cálidos

El diseño pasivo aprovecha los elementos naturales para regular la temperatura interior de un edificio. Además, reduce la necesidad de sistemas de aire acondicionado mecánicos y su consumo energético asociado. Entre las estrategias más comunes se encuentran:

Orientación y diseño del edificio

La orientación del edificio es una de las estrategias más efectivas y económicas para controlar la temperatura interior. En climas cálidos, se recomienda orientar los edificios de manera que minimicen la exposición directa al sol. Idealmente, las fachadas más grandes deben estar orientadas hacia el norte y el sur. De esta manera, se reduce la ganancia de calor directa del sol durante las horas más calurosas del día. Una orientación adecuada del edificio puede minimizar la ganancia de calor solar durante las horas pico.

Un estudio realizado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos muestra que una orientación adecuada puede ahorrar hasta un 20-30% en el consumo energético destinado a la refrigeración. Además, la Organización Internacional de Energía y Recursos (OIER) señala que esta estrategia puede reducir las necesidades de enfriamiento en aproximadamente un 30%. Estos datos, subrayan la importancia de la orientación en el diseño arquitectónico para maximizar la eficiencia energética. También, para mejorar el confort térmico de los edificios en climas cálidos.

Por ende, el diseño de techos inclinados y aleros puede proporcionar sombra adicional. Así, se evita que la radiación solar directa penetre en los interiores. Los patios interiores y las pérgolas son también elementos de diseño efectivos que crean microclimas más frescos. Las formas compactas y alargadas ofrecen una menor superficie expuesta al sol. Por otro lado, las formas complejas y con voladizos pueden crear zonas de sombra y ventilación natural.

Ventilación natural

La ventilación natural aprovecha las corrientes de aire para renovar el aire interior y eliminar el calor acumulado. La ubicación estratégica de ventanas, puertas y respiraderos puede potenciar la ventilación natural. Además, también influye el diseño de chimeneas de aire.

La ventilación cruzada

La ventilación cruzada es una técnica pasiva crucial para refrescar los interiores que ha sido utilizada desde la antigüedad. Diseñar ventanas y puertas opuestas que permitan la entrada y salida del aire ayuda a mantener una circulación constante, reduciendo la temperatura interna.  La incorporación de rejillas de ventilación en los techos y ventanas altas permiten la evacuación del aire caliente acumulado y su reemplazo con aire más fresco proveniente del exterior. Esta técnica, puede optimizarse mediante el uso de ventiladores de recuperación de energía (ERV) y sistemas de gestión de aire inteligentes. Estos, monitorean y regulan la calidad y temperatura del aire de manera automática, maximizando la eficiencia energética.

Además, actualmente se emplean tecnologías emergentes como sensores de flujo de aire y sistemas de control automatizados. Estas tecnolgías, ajustan dinámicamente las aperturas en respuesta a cambios en las condiciones climáticas. Así, se mejora aún más la efectividad de la ventilación cruzada. El uso de software de simulación energética también permite modelar y predecir el comportamiento térmico del edificio. Una manera de facilitar el diseño de sistemas de ventilación óptimos.

Uso de materiales perforados

Cabe tener en cuenta también, el uso de materiales perforados. El metal perforado, la madera tratada, el hormigón perforado y las celosías de cerámica (brise-soleil), son comúnmente utilizados en aplicaciones decorativas y funcionales, debido a sus propiedades térmicas y estéticas. Estos materiales suponen una mejora significativa en la ventilación de un edificio sin sacrificar la privacidad ni la seguridad. Estas estructuras permiten el paso del aire y filtran la luz solar. Además, protegen contra la radiación solar directa. Esto, contribuye a reducir la carga térmica y los hacen perfectos para fachadas y revestimientos exteriores. Además, se pueden utilizar como pantallas de ventilación o parapetos, mejorando la circulación del aire y manteniendo la ventilación interna, mientras crean divisiones visuales.

Estas estructuras perforadas pueden reducir significativamente la carga térmica en comparación con superficies sólidas. Por ejemplo, un estudio publicado por el American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) asegura que las fachadas con brise-soleil pueden reducir la ganancia de calor solar en hasta un 50% en climas cálidos, en comparación con fachadas sin protección solar​.

La implementación de materiales perforados en combinación con otras técnicas pasivas, como la ventilación cruzada y el uso de materiales de alta reflectancia, puede reducir la dependencia de sistemas de aire acondicionado. Esto, conlleva a una disminución en el consumo energético para refrigeración de hasta un 30%​. Esta reducción no solo mejora la eficiencia energética, sino que también contribuye a la sostenibilidad del edificio.

Aislamiento térmico y vegetación

La implementación de un aislamiento térmico adecuado en paredes, techos y suelos es fundamental para evitar la transferencia de calor hacia el interior del edificio. Los materiales aislantes con alta resistencia térmica y baja conductividad térmica son los más efectivos para mantener los espacios frescos en climas cálidos.

Materiales como la lana de roca, el poliestireno expandido (EPS) y las fibras naturales, ayudan a reducir la transferencia de calor a través de las paredes y techos. Estos materiales marcan una gran diferencia en la temperatura interior.

Por su parte, la vegetación alrededor del edificio genera zonas de sombra y frescor, reduce la temperatura ambiente y mejora la calidad del aire. Las cubiertas verdes también actúan como aislantes naturales. Además de proporcionar sombra, las plantas en los techos absorben el calor, reduciendo la temperatura superficial y mejorando el confort térmico dentro del edificio. Los árboles de hoja caduca son particularmente efectivos. Además de proporcionar sombra en verano, también permiten la entrada de luz solar en invierno.

Estrategias de diseño activo para el enfriamiento en climas cálidos

En climas cálidos extremos, las estrategias de diseño pasivo pueden no ser suficientes para mantener el confort térmico interior. En estos casos, se pueden implementar sistemas de enfriamiento activos.

Una de las soluciones más comunes es implementar sistemas de enfriamiento mecánico para complementar las estrategias pasivas cuando es necesario. Algunas opciones incluyen sistemas de aire acondicionado. Estas opciones, utilizan refrigerantes para enfriar el aire interior; aunque son efectivos, consumen mucha energía y pueden tener un impacto ambiental significativo. Por ello, se recomienda optar por equipos de alta eficiencia energética y utilizarlos de manera responsable. También existen los sistemas de enfriamiento evaporativo, que enfrían el aire mediante su evaporación. Produciendo así, un efecto refrescante sin necesidad de refrigerantes. Estos enfriadores evaporativos, también conocidos como «coolers», son más eficientes energéticamente que los sistemas de aire acondicionado tradicionales y funcionan mejor en climas secos. Otra opción son los sistemas de enfriamiento geotérmico, que aprovechan la temperatura constante del subsuelo para enfriar o calentar el edificio.  Aunque son una opción sostenible y eficiente, su instalación inicial puede ser costosa.

La selección de materiales adecuados

La selección de materiales adecuados para la construcción en climas cálidos es esencial para crear espacios frescos y confortables. Es importante elegir materiales con propiedades de reflexión solar, alta emisión y baja conductividad térmica. Por ejemplo, el uso de materiales reflectantes en techos y fachadas ayuda a desviar la radiación solar. Además, ayuda a mantener los interiores más frescos. Las pinturas reflectantes, tejas claras y cubiertas metálicas son opciones populares que reflejan una mayor cantidad de luz solar y absorben menos calor. Además, los materiales con alta inercia térmica, como el ladrillo, tienen la capacidad de absorber y almacenar calor durante el día y liberarlo lentamente durante la noche. Esto, ayuda a mantener una temperatura más estable dentro de los edificios y evita picos de calor durante el día. Asimismo, el uso de materiales naturales, como la madera y el bambú, no solo proporciona una estética agradable sino también beneficios térmicos. Estos materiales, tienden a calentarse menos que los materiales sintéticos y pueden ser utilizados en revestimientos, pisos y muebles.

Soluciones tecnológicas de vanguardia

La incorporación de soluciones tecnológicas de vanguardia es clave en la optimización del confort térmico y la eficiencia energética. Entre las técnicas más avanzadas actualmente encontramos:

Los sistemas de control domótico. Incluso si una vivienda no está correctamente orientada y carece de sistemas de ventilación natural, la implementación de sistemas de control domótico puede mitigar significativamente el calentamiento interno. De esta manera, proporciona una solución eficiente y sostenible para el control térmico. Los sistemas domóticos inteligentes controlan eficientemente la iluminación, ventilación y aire acondicionado. La integración de esta automatización permite un control preciso del clima interior mediante sensores de temperatura y humedad. Una manera de optimizar el consumo energético y mantienen un ambiente confortable.

El uso de energías renovables. Especialmente la energía solar fotovoltaica, para alimentar los sistemas de enfriamiento es una estrategia altamente efectiva y sostenible para mantener el confort térmico en climas cálidos. Esta técnica puede reducir la dependencia de fuentes de energía no renovables hasta en un 50%. Así, se disminuye significativamente el consumo de electricidad de la red. Además, contribuye a una reducción de hasta el 30% en las emisiones de gases de efecto invernadero. Juega un papel crucial en la mitigación del cambio climático.

Otra opción son las fachadas bioclimáticas. Diseñar fachadas con elementos móviles o sistemas de control solar para regular la entrada de luz y calor. El vidrio inteligente o vidrio electrocrómico, puede cambiar sus propiedades de transmisión de luz y calor en respuesta a una corriente eléctrica. Esto permite controlar la cantidad de luz y calor que entra en un edificio. Además, mejora la eficiencia energética y el confort térmico. El vidrio inteligente puede oscurecerse durante las horas más calurosas y volverse transparente cuando la luz solar no es intensa.

Proyectos de éxito

Complejo Residencial en Dubái, Emiratos Árabes Unidos

Dubái es conocida por sus innovadoras y lujosas construcciones en medio del desierto. Enfrenta el desafío de mantener confortables sus interiores ante temperaturas extremas que pueden superar los 50°C en verano. Un ejemplo destacado de cómo enfrentar este reto es el complejo residencial Masdar City, diseñado por el prestigioso estudio de arquitectura Foster + Partners.

El diseño del complejo fue planeado estratégicamente para minimizar la exposición directa al sol, aprovechando la sombra de las estructuras y elementos circundantes. Las calles estrechas y los patios interiores crean microclimas más frescos y facilitan la ventilación natural.

Uso de vidrio inteligente

Masdar City utiliza vidrio inteligente que ajusta su opacidad para controlar la cantidad de luz y calor que entra en los edificios. Así, reduce la necesidad de aire acondicionado. Además, el complejo incorpora sistemas de enfriamiento por agua. Estos, circulan agua enfriada a través de tuberías en paredes y techos, absorbiendo el calor y proporcionando una temperatura agradable.

Sus techos verdes cubiertos con plantas ayudan a regular la temperatura y mejorar la calidad del aire, proporcionando aislamiento térmico y reduciendo el efecto de isla de calor urbano. Los techos verdes actúan reduciendo la transferencia de calor y creando espacios más frescos en los pisos superiores.

Uso de materiales reflectantes

El uso de materiales reflectantes en las fachadas y techos ayuda a mantener los edificios frescos al reflejar la radiación solar. La incorporación de tecnología avanzada, como sensores de temperatura y sistemas de automatización, permite un control preciso del clima interior. También permite ajustar automáticamente las persianas, ventanas y sistemas de enfriamiento según las condiciones ambientales.

Masdar City se centra en la sostenibilidad y la eficiencia energética a largo plazo, contando con una planta de energía solar que suministra electricidad a los edificios. Los sistemas de recolección de agua de lluvia y reciclaje de aguas grises contribuyen a la conservación de recursos. Así, convierte al complejo en un modelo de urbanismo sostenible en el desierto.

El éxito de Masdar City como un refugio del calor en uno de los climas más extremos del mundo inspira a otros proyectos en regiones cálidas. La combinación de diseño innovador, materiales avanzados y tecnología puntera demuestra que es posible crear espacios habitables, confortables y sostenibles incluso en condiciones climáticas adversas. Los resultados obtenidos en Masdar City han motivado a arquitectos y desarrolladores a adoptar estrategias similares. De esta manera, promueven un enfoque más sostenible y eficiente en la construcción de viviendas y complejos residenciales en todo el mundo.

Edificio Bullitt Center en Seattle, Estados Unidos

El Bullitt Center, ubicado en Seattle, es un edificio de oficinas que ha sido aclamado como uno de los más sostenibles del mundo. Certificado LEED Platinum, este edificio utiliza una combinación de estrategias pasivas y activas para reducir su consumo de energía en un 90% en comparación con los edificios de oficinas tradicionales.

La orientación y diseño del edificio Bullitt Center maximiza la luz natural, con grandes ventanas orientadas para aprovechar al máximo la iluminación del día. La fachada del edificio está diseñada para minimizar la ganancia de calor, utilizando persianas y sistemas de sombreado automatizados.

Aislamiento térmico, sistema de paneles solares y calefacción y refrigeración eficiente

El edificio cuenta con un aislamiento térmico de alta eficiencia en paredes, techos y suelos, lo que reduce la transferencia de calor y mantiene una temperatura interior confortable durante todo el año.

El Bullitt Center está equipado con un sistema de paneles solares en el techo que genera más energía de la que consume el edificio. Esto, reduce su dependencia de fuentes de energía externas. Y, también, lo convierte en un edificio con energía neta positiva.

El edificio utiliza un sistema de bomba de calor geotérmica que proporciona calefacción y refrigeración eficiente. Además, los sistemas de ventilación están equipados con recuperadores de calor que mejoran la eficiencia energética.

Gracias a estas estrategias, el Bullitt Center ha logrado reducir su consumo energético en un 90%. De esta manera, es un modelo a seguir en el diseño de edificios sostenibles. Su enfoque integral demuestra cómo la combinación de estrategias pasivas y activas puede crear un entorno de trabajo confortable y energéticamente eficiente.

Diseñar espacios frescos en climas cálidos es un desafío que requiere una combinación de estrategias pasivas y activas. Además, de usar materiales adecuados y la implementación de tecnologías innovadoras. Este esfuerzo busca mejorar la calidad de vida de los ocupantes. También, contribuir a la conservación de recursos y a la reducción del impacto ambiental. Por ello, los profesionales del sector están llamados a liderar este cambio, creando soluciones innovadoras y sostenibles para el futuro.

Para aquellos interesados en profundizar en el tema, recomendamos los siguientes recursos:

• Libros: «DesignwithClimate» de VictorOlgyay, «ThePassive Solar House» de James Kachadorian.
• Revistas: ArchitecturalDigest o GreenBiz.