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Ejemplo de arquitectura natural bioclimática: nido de termitas del norte de África, uso de la ventilación natural para climatizar el hábitat

interior.

Ingreso del Aire exterior

por efecto de succión

Egreso del Aire

interior por efecto chimenea

Cámara de vida

La naturaleza como ejemplo ideal de una arquitectura bioclimática ecológica

Jacobo, Guillermo José

Instituto de Investigaciones Tecnológicas para el Diseño Ambiental del Hábitat Humano - ITDAHu Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional del Nordeste. Avenida Las Heras Nº 727 – (3500) Resistencia – Chaco – Argentina - E-mail: gjjacobo@arq.unne.edu.ar

ANTECEDENTES

El hombre construye desde hace miles de años y aplica desde hace 300 años la denominada “evolución tecnológica”. La naturaleza viviente estuvo confrontada con similar problema como los arquitectos actuales. Los otros seres vivientes de la naturaleza, excluida la especie humana, debieron protegerse contra el calo y el frío con sus pieles o con sus habitats construidos. Pero la naturaleza ha tardado realmente entre 2 y 3 millones de años para evolucionar esta técnica protectora. Entonces, existe un buen fundamento para aprender de la naturaleza. Se debe aclarar que la naturaleza resuelve al mismo tiempo muchos problemas durante el desarrollo, y no es simple separar y aislar los diferentes principios para comprender la evolución de la naturaleza. _ VENTILACIÓN Y ENFRIAMIENTO: En los desiertos del norte de África se erigen termiteras que se extienden bajo tierra entre 20 y 30 mts, y más profundo si fuera necesario, hasta alcanzar las napas subterráneas de agua. El viento que sopla sobra la construcción del nido, ingresa al mismo por medio de un refinado sistema de ventilación y se mueve velozmente dentro del nido. Al alcanzar las napas subterráneas de agua se produce evaporación, por lo que se genera un proceso de enfriamiento natural de todo el nido, alcanzando así una temperatura de confort interior adecuada para la supervivencia en un clima desértico de muy altas temperaturas. Como ejemplo comparativo se puede citar a la arquitectura vernácula islámica, donde se aplica un principio similar de acondicionamiento ambiental natural de los espacios interiores. Una torre de viento sirve para tomar y succionar el viento y transportarlo a los espacios interiores. Desde el subsuelo se realiza una conexión a alguna corriente de agua subterránea y desde dicho punto se eleva aire húmedo a resto de los espacios interiores, de esta manera se genera una climatización natural adecuada del edificio. En ambos casos, las termitas del desierto del norte de África y las construcciones vernáculas de Irán, Irak, Jordania y otros países árabes de zonas desérticas, utilizan dos elementos naturales, el viento como generador de energía y el fenómeno físico de enfriamiento por evaporación, para acondicionar climáticamente ambos habitats. Otra manera de optimizar la energía del sol es el “principio de la forma”, que utiliza al volumen cúbico como generador de la forma, la cual crece más rápido que la forma cuadrada superficial. Sobre la superficie se desarrolla el intercambio de energía con su entorno inmediato, en cambio en el volumen se produce el almacenamiento de la energía, por lo tanto, los objetos volumétricos necesitan permanecer más tiempo expuestos al sol para calentarse. Este principio utilizan las termitas del desierto de Namibia con sus nidos de hasta 3 mts de altura, donde la temperatura alcanza en verano los 45º C a la sombra. Igual principio de aclimatación utilizan algunos animales mamíferos como los elefantes, los rinocerontes en climas cálidos, y las ballenas en climas fríos. La relación entre un gran volumen con una superficie pequeña evita la pérdida de energía del volumen. En el caso de los animales con pequeños volúmenes como ser las aves que se mueven en zonas con aire muy caliente, como en los desiertos, el intercambio de energía con el entorno para producir el necesario enfriamiento interior se da por medio de la sangre como fluido bajo la piel que lleva el calor interior hasta la superficie corporal. Los pequeños animales de las estepas y desiertos cálidos, como las activas ratas, entregan poca energía, pues la masa del cuerpo es mínima pero con gran superficie perimetral. Este principio se verifica en las Gacelas con sus largas y flacas patas, esbeltos cuerpos, que tiene gran superficie y poca masa corporal, observándose así un producto natural evolucionado y adaptado al clima para su supervivencia. Otro principio que utilizan las termitas: cuando el sol irradia energía sobre una construcción, dicha construcción no es irradiada de igual manera, pues según la forma del objeto y la posición temporal del sol, varían las superficies irradiadas y las no irradiadas, por lo que diferentes flujos energéticos se ganan o se pierden en el objeto. La proporción y la forma de las termiteras de Australia tienen una gran importancia para el equilibrio térmico interior. Dichas termitas construyen sus nidos de manera de orientarlos en dirección norte-sur. Se constato que esto responde a un principio energético de pérdida y ganancia, pues cuando amanece, la radiación solar produce ganancias en la cara este, pero la cara oeste permanece en sombra, o sea que el sobre calentamiento inicial se elimina con la cara opuesta sombreada. Cuando atardece, la cara oeste gana mucho más energía que en el amanecer, por lo que el sobrecalentamiento final se compensa con el enfriamiento nocturno pronunciado en las zonas desérticas. Al mediodía cuando el sol alcanza su cenit y su máxima potencia de irradiación, la dirección de los rayos solares inciden verticalmente, pero por la forma del nido, no hay ganancia energética, pues incide sobre una mínima

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Ejemplo de arquitectura natural bioclimática: planta “ventana” del

África Occidental: ingresa la luz solar filtrada para no sobrecalentar el inteior, un colector solar natural

Ejemplo de arquitectura

natural bioclimática: el oso polar

como colector solar.

superficie, así el hábitat se adapta al clima regional. Un gran rol en el proceso de pérdida y de ganancia de temperatura en un objeto juegan los fenómenos físicos de la conducción y la radiación, pues el flujo calórico se dirige siempre del objeto o medio de mayor temperatura al de menor temperatura, por esto en las selvas tropicales, cuando el día es muy caliente, la mayoría de los animales salvajes no se ubican dentro del mismo en la sombra profunda, sino en los bordes de los bosques, siempre y cuando no exista algún peligro, donde finaliza la sombra de los árboles, pues allí se produce un proceso de transferencia de energía desde los sitios soleados de mayor temperatura a los sitios oscuros del bosque de mucho menor temperatura, entonces el aire en movimiento, debido al “efecto chimenea” (el aire caliente soleado se eleva y succiona al aire sombreado de menor temperatura), disipa la energía corporal de los animales. Los persas han logrado producir hielo con este efecto en las noches frías de los desiertos de Irán, pues el aire frío se precipita en el interior de algunas cámaras con recipientes con agua generándose escarcha helada que se mantienen toda la noche y durante el día se puede disponer de agua fría para consumo hogareño. Las termitas de Mozambique, que acumulan heno seco, que depositan en unas cámaras especiales de la termiteras, las cuales sufren un sobrecalentamiento superior al del resto de las otras cámaras, así se queman como si fueran combustible de una caldera, por medio de los ductos de ventilación, el calor producido por la incineración se traslada a las otras cámaras por el movimiento del aire produciéndose así un sistema de calefacción central para los horarios nocturnos. _ LUZ Y TRANSPARENCIA: La naturaleza a desarrollado refinadas estrategias con la ayuda del fenómeno de la transparencia, la difusión y el filtrado de la luz solar. Hay ciertas babosas que habitan en caracoles, en montañas de 3.000 mts de altura, donde han sido encontrado caracoles vidriados, totalmente transparentes, para producir el “principio de invernadero” en el interior, lo que les genera el calor necesario para sobrevivir a muy bajas temperaturas externas. Existen algunas plantas en África Occidental que tienen una capacidad de concentrar la luz, dirigirla y luego filtrarla para la fotosíntesis. Estas plantas se encuentran enterradas debido al excesivo calor externo y dejan salir unas pocas hojas tipo “ventanas” que toman la radiación solar, la dirigen hacia la tierra por los tallos huecos y allí las filtran para su consumo. Si se cortan un tallo de estas plantas y se las ilumina por la “ventana” se observa que en el otro extremo se ilumina con una intensidad y coloración diferente, pues por el tallo se producen refracciones que filtran y concentran el flujo lumínico pero sin transportar temperatura. Las plantas utilizan el principio de la regularidad de la óptica difusa, que se diferencia del principio óptico de la imagen de los artefactos ópticos. Bajo este principio de la óptica difusa se puede permitir calcular la forma geométrica óptima para la concentración de luz difusa. El más conocido colector de radiación solar difusa es el “Colector Wiston”, que funciona bajo el mismo principio de las plantas “ventanas”, pues utiliza una lente transparente que concentra la luz y la lleva a un embudo inferior con superficie interior rugosa que distribuye la luz dispersa por muchas reflexiones hasta el basamento donde es colectada. Según la abertura del embudo se puede concentrar mucha luz solar en el basamento. Las células de clorofila se ubican en el borde inferior del embudo, donde alcanzan a recibir a luz difusa colectada. La planta está llena de agua y el agua absorbe la luz infrarroja o sea que el calor es filtrado y frenado, llegando solo el espectro de luz visible al interior de la planta donde será distribuida sistemáticamente para su uso biológico. _ AISLACIÓN TÉRMICA: actualmente se materializa el proceso de aislamiento térmico con muchos materiales artificiales, de los cuales no se conoce su comportamiento medioambiental luego de su tiempo de vida útil. Además, estos materiales aislantes están impregnados con productos químicos que luego se vuelcan al medio ambiente por desprendimiento gaseosos de los mismos materiales impregnados. La naturaleza resuelve sus problemas de aislamiento térmico con materiales reciclables como la celulosa y la creatina, este último es un elemento químico que se encuentra en los músculos de los seres vivientes y tiene un papel importante en el almacenamiento y transmisión de energía. Estos productos naturales ejecutan al mismo tiempo muchas tareas, como impedir la pérdida de agua del cuerpo con la consiguiente pérdida de energía acumulada. En la naturaleza se encuentran también muchos productos similares a los materiales espumosos como algunas plantas acuáticas. Además se encuentran capas de pelos y de plumas que envuelven aire y no permiten la transmisión del calor. Muchas aves tienen la capacidad de modificar la organización de sus plumas para que se transmita más o menos calor. Otras aves se protegen ante el frío con el ahuecado del plumaje, de manera que incrementan su volumen de aire interior. Los avestruces sudafricanas regulan su temperatura por medio de la extensión de sus alas y plumas para que deje entrar o salir calor del cuerpo de manera controlada, según la necesidad de confort corporal. Junto a los controles de los flujos calóricos sirven los plumajes para comunicarse entre las aves, o para enmascaramiento o para aislamiento contra la humedad. La naturaleza utiliza también envolturas de fibras textiles con propiedades de dejar pasar el aire pero no el agua, como algunas larvas de mariposas. Los osos polares han desarrollado un aislamiento térmico transparente, pues ellos viven desde hace cerca 100.000 años en las regiones polares y han mutado sus pelos de color oscuro a color blanco trasparente, pero con una piel totalmente negra. La función del pelo blanco transparente es la de distribuir la poca

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La epidermis de una hoja de una planta como cololector solar.

radiación solar de dichas latitudes hacia la piel negra que absorbe la energía solar como un colector solar mecánico. Este proceso físico se encuentra en otros seres vivientes, como las chicharras que producen una espuma para proteger sus crías, estas espumas con alto contenido de proteína sirven de alimento y de envoltura para aislamiento térmico transparente. MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo se desarrolla partiendo de la información brindada por las investigaciones precedentes (ver bibliografía). Se estudian casos concretos relacionados a la aplicación de conceptos bioclimáticos en la edificación, evaluando los resultados obtenidos en diferentes experiencias, con el objetivo de formular recomendaciones y soluciones concretas. Se utilizan los recursos que se crean apropiados para la comprensión de la temática para que sea una herramienta de consulta accesible por cualquier interesado. DISCUSIÓN DE RESULTADOS La vegetación existe en todas las regiones y climas del planeta. Para poder sobrevivir deben adaptarse a las condiciones geoclimáticas del sitio. La condición básica para sobrevivir es por medio de la adaptación del intercambio de sustancias y de sus características especiales (anatómicas-morfológicas). La vegetación tienen la capacidad de adaptación a los cambios climáticos, anuales, estacionales y diarios. La parte interesante es la manera de funcionar y de constituirse las hojas, pues ellas desarrollan dos tareas importantes: producen la fotosíntesis para producir el carbono con ayuda de la iluminación natural solar a partir del dióxido de carbono y el agua; además, evaporan agua, lo que permite producir la corriente de transpiración que es la responsable del transporte de las sustancias en las plantas. La hoja es el más importante órgano productor de fotosíntesis y para dicho objetivo está perfectamente desarrollado. Normalmente es fina y plana, lo que origina una gran superficie que sirve para colectar el dióxido de carbono existente en el aire y para colectar la radiación solar. Algunas especies también colectan y almacenan agua según sus necesidades. El interior de toda hoja no es macizo, sino aireado con muchas celdas, así el CO2 puede alcanzar fácilmente las células de la fotosíntesis internos. Por medio de la gran cantidad de celdas huecas internas la superficie exterior de intercambio de sustancias es superior a la superficie total de la hoja, la cual se encuentra cubierta totalmente con una epidermis, que impide que se pierda innecesariamente agua interior por evaporación. Entre ambas caras externas se encuentra una red estructural que realiza la fotosíntesis, pues es rica cloro. También, dentro de la red estructural se encuentran separadas a distancias regulares diferentes ductos, que sirven de estructura y de nervios, por estos ductos se aprovisiona de agua y demás sustancias minerales, para alimentar todo la planta. Sobre la epidermis se encuentra distribuido de manera regular pelos, con las siguientes funciones: Los pelos vivos permiten aumentar la superficie externa de la hoja y por lo tanto elevan la capacidad de evaporación de agua; los pelos muertos sirven de generación de espacios huecos para mantener allí el vapor de agua liberada, de esta manera se evita el calentamiento de la masa interior debido a la radiación solar; Los pelos vivos también colaboran en la absorción del agua y minerales. En la epidermis se encuentran células apareadas que tienen la capacidad de abrirse y cerrarse para permitir el intercambio de CO2 y agua con el medio ambiente, según diferentes factores externos: luz solar, temperatura del aire, humedad relativa, agua del suelo, y según diferentes factores internos: concentración de CO2 en las células, cantidad de agua contenida, de fitohormonas y de balance de Iones. Con la iluminación solar y suficiente provisión de agua se genera la fotosíntesis en el interior de la hoja, lo que posibilita una reducción de la concentración de CO2 en las células. La apertura total de las células posibilita la difusión de los gases (CO2, O2 y vapor de agua). Además de la importante función de la fotosíntesis, la hoja tiene la función de mantener continuamente la corriente de sustancias alimenticias para la planta por medio del fenómeno de la evaporación de agua, pues se produce una corriente ascendente desde las raíces, las que toman el agua líquida y los minerales del suelo. Se ha comprobado en Abedules de 200.000 hojas pierde en un día de verano entre 60 a 80 lts de agua, y en días extremos de calor hasta 400 lts, pues se intensifica la evaporación de agua para enfriar la planta y evitar el recalentamiento interior de las hojas, donde se produce la vida por medio de la fotosíntesis. Si se supera los 28º C de temperatura del aire se produce el cierre las células para evitar una deshidratación total de la planta. La radiación solar provee la necesaria energía para que las plantas generen la fotosíntesis, pero cuando existe un exceso de energía solar absorbida es dañina para la clorofila interior, por lo que las hojas tiene la capacidad de reflejar o absorber la energía solar irradiada sobre su superficie. Algunas plantas tienen la capacidad de duplicar la reflexión de cantidad de luz visible o de infrarroja. Alta irradiación solar conduce al sobrecalentamiento de las hojas, las cuales pueden soportar hasta 30º C sobre la temperatura del aire, pero esto conduce a una evaporación masiva de agua interior para producir el enfriamiento, Las palmeras en zonas cálido-secas desérticas, pueden irradiar el calor por las hojas y reducen el tamaño para evitar que la superficie de las hojas continúen sobrecalentándose con la radiación solar. Otras tienen la capacidad de negarse a la radiación solar, poniéndose en una posición tal que no permiten que la radiación les pegue directamente. Otras especies dirigen sus hojas sobre la dirección Norte-Sur, de manera que la débil radiación solar del amanecer y del atardecer le incida directamente. En determinadas zonas geográficas, donde se verifican extremas y cambiantes condiciones climáticas hay plantas que reducen o anulan totalmente la actividad biológica de intercambio de sustancias con el suelo para protegerse ante los cambios climáticos extremadamente agresivos. Las plantas de cambios anuales se protegen de estaciones climáticas desfavorables con las semillas, las cuales brotan solo cuando las condiciones externas son

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favorables, o sea protegen a las futuras generaciones de los males presentes. Otra manera de protección de la futura generación es el desprendimiento de las semillas al suelo y luego con las hojas caídas se las cubre naturalmente formando una capa protectora climática y de alimentación. Algunas especies animales recolectan estas semillas y las almacenan, por lo que en otra forma natural, son protegidas hasta del fuego que suele azotar los bosques en verano. CONCLUSIONES Al analizar otros tipos de estrategias energéticas de la naturaleza, se observa que existen toda una serie de animales que sobreviven por medio del bajo consumo energético, como es el caso del “perezoso“, un animal que se mueve muy poco, todo el día está colgado de algún árbol y duerme, esto es un ejemplo, de que la actividad de vida se puede desarrollar en un mismo sitio, y sirve de ejemplo a los urbanistas, cuando planifican una ciudad, región o vecindad, para que los habitantes no tengan que trasladarse mucho y a bastante distancia para trabajar, de tal manera de desarrollar la actividad de vida con bajo consumo energético. La Arquitectura vernácula de algunas regiones del planeta han desarrollado soluciones técnicas similares a la de la naturaleza, o sea que evolucionaron lentamente pero de manera segura hasta su optimización energética, como el Iglú en los pueblos aborígenes del polo norte canadiense, los cuales construyen con el principio de la menor superficie perimetral con el mayor contenido de volumen, el cual combinado con el hecho de que la nieve y el hielo no transmite adecuadamente el calor, permite así desarrollar volúmenes construidos con accesos ubicados muy bajos para evitar la salida del aire de mayor temperatura ubicado en el interior. Las viviendas cubiertas de tierra con vegetación de Islandia, en el círculo polar ártico, utilizan la ventaja de que las capas de suelo con vegetación generan intersticios con aire interior, lo que le permite obtener gran aislamiento térmico. El urbanismo de los países árabes se caracteriza por su ubicación cercana entre las viviendas de manera de generar auto sombreados entre ellas y permitir el movimiento del aire entre las mismas. En algunas culturas se desarrollaron arquitecturas tan refinadas, desde el punto de vista de la climatización interior, por medio de la zonificación interior de los espacios. En invierno se calefacciona solo los espacios muy interiores, donde se desarrolla la vida, los perimetrales hacen de protección térmica. Se ha utilizado, en muchos casos, masa muraria en techos, paredes y pisos para retardar el enfriamiento y el calentamiento. Otras construcciones utilizan materiales con baja capacidad de almacenamiento de energía térmica, especialmente en las zonas tropicales. La inclinación de los techos tienen también una función importante, pues en zonas frías, cuando nieva, esta se acumula en los techos y no cae, esto sirve de aislamiento térmico de larga duración. Los arquitectos deben siempre diseñar según principios técnicos energéticos pasivos, pues la vivienda debe autorregularse, como un organismo vivo que se adapta a su medio ambiente. Solamente cuando el hombre tiene determinadas necesidades se deben movilizar los sistemas energéticos activos, los cuales deberían estar dispuestos según principios postfósiles, o sea utilizar la energía solar abundante, en lugar de la energía de combustibles fósiles. La naturaleza muestra como el uso de la energía solar permite desarrollar la vida sin destruir el medio ambiente. El mejor ejemplo del uso activo de la energía solar son las hojas de las plantas, árboles y vegetales, pues la radiación solar es colectadas por las hojas de espesores mínimos, donde se sintetiza la energía obtenida. Muchas plantas dirigen sus hojas hacia el sol para obtener mas energía solar o muchas plantas cierran sus hojas para que el sol no las queme con altas intensidades de radiación solar, o sea que son construcciones naturales bioclimáticas inteligentes. Como se observa, la naturaleza ha tardado millones de años en desarrollar formas de vida ecológicas que contribuyen a generar más vida a partir de la adaptación a las situaciones geoclimáticas. Estas posibilidades de adaptación debe aprender el hombre a utilizar como estrategias de diseño de su propio hábitat construido. BIBLIOGRAFÍA ASOCIACIÓN ECOLOGISTA DE DEFENSA DE LA NATURALEZA (AEDENAT) & COORDINADORA DE ORGANIZACIONES DE DEFENSA AMBIENTAL (CODA) (1998), Energías Renovables y Climatización de Edificios, Madrid, España. ANIK, David & BOONSTRA, Chiel & MAK, John (1995), The Handbook of Sustainable Building, James & James, Londres, Inglaterra. 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