Uno de los retos de la construcción sostenible y eficiente es aprovechar la cantidad de energía gratuíta que nos envía a diario el sol. Una radiación solar directa que entra por los huecos de las fachadas y calienta los interiores. Sin embargo, este efecto que es positivo en invierno, es negativo si la temperatura es elevada. La solución más eficaz es aplicar los criterios sobre orientación de las ventanas que propone el diseño Passivhaus.
En este punto, es interesante recordar los planteamientos específicos para climas cálidos del estándar pasivo.
Por qué la orientación de las ventanas es clave en un edificio pasivo
El modelo Passivhaus está pensado para crear espacios saludables y confortables, con medidas que garanticen la máxima eficiencia energética y una mínima demanda de energía para mantener la temperatura estable y una óptima calidad del aire.
Evidentemente, favorecer que la radiación entre al interior es esencial para alcanzar estas metas, dado el proceso natural de calentamiento que genera. La única manera de que esa radiación entre al interior es a través de los huecos.
Pero, no se trata de instalar ventanas grandes sin más, hay que hacer el diseño analizando cada caso y teniendo en cuenta factores esenciales como la ubicación, la orientación y tamaño de los huecos, el clima y otros condicionantes que revisamos a continuación.
Criterios de diseño para maximizar las ganancias solares
Es importante destacar que vamos a centrarnos en los criterios pasivos que se aplican en edificios ubicados en el hemisferio norte.
- Priorizar la orientación sur (¡si estamos en el hemisferio norte!). Al maximizar las aberturas en la cara sur, se consigue captar la mayor radiación solar durante el invierno, cuando el sol está bajo y nos beneficiamos del calentamiento. A la vez, esa misma orientación es beneficiosa en verano, ya que el sol se encuentra más alto y eso reduce su ángulo de incidencia, por lo que su penetración es menor. Además, son más efectivos los sistemas de protección solar.
- Dimensionar los huecos según la zona climática. No solo importa la orientación, también el tamaño de las ventanas. Hay que tener especial cuidado con el riesgo de sobrecalentamiento por exceso de acristalamiento. Pero, se resuelve con la instalación de sistemas de protección solar. En general, el modelo pasivo recomienda ventanas más grandes y menos cantidad, para evitar el problema de los puentes térmicos.
El diseño Passivhaus proporciona soluciones para eliminar estos puentes térmicos con el uso de ventanas de altas prestaciones y el sellado hermético realizado por profesionales.
- Seleccionar vidrios con factor solar adecuado. La clave es estudiar la incidencia solar en cada fachada, para determinar dónde elegir vidrios con mayor y menor factor solar. Un factor solar más bajo reduce las ganancias solares en verano y, como consecuencia, menor consumo de energía para la refrigeración. Sin embargo, también bajan las ganancias solares en invierno y ahí se produciría un consecuente aumento del consumo de energía por calefacción.
- Aprovechar la masa térmica interior. Este es un elemento que ayuda a estabilizar la temperatura en los espacios interiores, sin sufrir cambios bruscos de frío o calor. El papel de la inercia se podría comparar con el de una batería: carga durante el día mediante la entrada de la radiación solar y va desprendiendo durante la noche el calor acumulado en los materiales. Este efecto se debe bloquear en verano con los sistemas de protección solar.
Se pueden consultar los datos sobre materiales y cálculo de la inercia térmica en el nuevo CTE, entre otras fuentes.
Criterios de diseño para evitar el sobrecalentamiento
Los huecos grandes son una entrada de importantes cantidades de calor, beneficiosas en invierno, pero que luego es difícil evacuar en verano. Por ello, deberían protegerse independientemente de su orientación, para mantener siempre el control sobre su influencia en la temperatura.
Pero, más allá de este principio general, hay medidas pasivas muy concretas y eficaces para combatir el sobrecalentamiento.
- Limitar las superficies acristaladas en orientaciones críticas, como este y oeste. En el diseño pasivo, el tamaño de las ventanas no es uniforme. En las orientaciones donde es más difícil proteger del sol en verano, por el ángulo de incidencia de los rayos (este y oeste) se recomiendan ventanas medianas o pequeñas. La pauta es que no superen entre el 5%-10% de la superficie total de la fachada. Serán de mayor tamaño en las orientaciones sur y, en climas cálidos, también en la fachada norte.
- Incorporar protecciones solares exteriores. Son imprescindibles en las ventanas orientadas al sur, donde se priorizan los sistemas horizontales (voladizos, aleros o toldos). En la fachada este y oeste, son más eficaces las protecciones verticales (persianas, lamas y toldos). Los acristalamientos orientados al norte pueden no contar con estos elementos.
- Diseñar voladizos y elementos de sombra fijos. En un edificio pasivo, los elementos de sombreado fijos se diseñan usando un cálculo trigonométrico para saber cómo se comportan las sombras en cada punto.
El objetivo es encontrar la profundidad perfecta del voladizo o alero para que bloquee el sol de verano pero deje pasar el de invierno. Para este cálculo se usan los siguientes parámetros: latitud del lugar, altura de la ventana, ángulo solar de invierno y ángulo solar de verano. En general, voladizos horizontales sirven para sombrear huecos a sur, y verticales para sombrear huecos orientados a este y oeste,
- Planificar estrategias de ventilación nocturna. En un edificio pasivo no es necesario abrir las ventanas para ventilar ni para mantener el confort térmico, porque disponen de sistemas de ventilación con recuperación de calor. Pero eso no quiere decir que no se pueda usar la ventilación natural nocturna para refrescar. Se recomienda abrir solo si la temperatura exterior es agradable.
En cuanto al diseño de los huecos, se tienen en cuenta dos efectos, la ventilación cruzada (fachadas opuestas) y el efecto chimenea o ventilación vertical (ventanas planta baja y aperturas superiores como claraboyas o lucernarios) para una óptima gestión térmica.
Aquí están todas las claves de la VMC en los edificios pasivos.
Cómo orientar las ventanas según cada fachada
Es interesante recordar que una de las claves del éxito del estándar pasivo es que contempla el proceso íntegro de edificación, desde el diseño hasta la ejecución y las comprobaciones posteriores. En el caso de las ventanas, un elemento clave en una casa Passivhaus, implica un estudio previo de la incidencia solar en cada fachada. Resultan muy útiles las simulaciones energéticas con herramientas como el PHPP, o simulaciones termodinámicas con herramientas como EnergyPlus o DesignBuilder.
Sin embargo, se pueden establecer unos criterios aplicables en los países del hemisferio norte. Eso sí, en algunos puntos, hay una diferencia si es una zona de clima cálido, como explicaremos.
Fachada sur: máximo potencial de captación
El diseño Passivhaus prioriza la instalación de ventanas o acristalamientos en la fachada sur. Es la que recibe mayor captación solar en los meses de frío por tres razones físicas:
- La trayectoria solar: el arco que recorre el sol durante el día en invierno se desplaza totalmente hacia el sur.
- Ángulo de Incidencia: En invierno, el sol está muy bajo y sus rayos entran de forma casi perpendicular (directa).
- Profundidad del Sol: los rayos penetran más metros dentro de la estancia, calentando los materiales (aumento de masa térmica).
En los meses de verano, como el sol está más alto, la ventaja de esta fachada es que se pueden bloquear las radiaciones más fácilmente. Por tanto, los sistemas de protección solar son muy eficaces.
Y, ¿cómo deben ser estas ventanas de la fachada sur? En general, no interesa tanto que haya muchas, sino que sean de grandes dimensiones.
- Las ventanas de mayor tamaño (entre el 15%-25% de la superficie de la fachada).
- Mayor porcentaje de acristalamiento y minimizando las divisiones de marco.
- Elección de ventanas de baja transmitancia térmica.
- El Factor g del vidrio (Valor de Ganancia de Calor Solar) puede ser más alto en zonas frías (0.50 a 0.65) y más bajo en climas cálidos (0.20 a 0.40), incluso vidrios de control solar.
- Siempre con protecciones solares fijas y/o móviles.
Fachada norte: mínimas pérdidas, mínimos huecos
Es la ubicación opuesta, un punto crítico de por el que se puede perder energía, ya que casi nunca recibe radiación solar directa:
- Se reducen los huecos al mínimo (5% al 10%), solo para iluminar y ventilar.
- Ventanas de menor tamaño y menos cantidad. La excepción son las edificaciones en climas cálidos, donde pueden ser de un tamaño mediano para favorecer la estrategia de ventilación natural nocturna.
- Preferiblemente con forma cuadrada (mayor superficie de visión), para reducir pérdidas de calor.
- No es imprescindible colocar sistemas de protección solar, salvo que se busque privacidad u oscurecimiento para dormir.
Fachadas este y oeste: el reto del sol bajo
Son las dos orientaciones que se consideran más complicadas, porque el ángulo de incidencia es el más paralelo al suelo (al amanecer en la fachada este y al atardecer en la oeste).
En los edificios en zonas de clima cálido, la fachada oeste es aún más compleja de gestionar, porque se ha producido acumulación de calor todo el día, lo que produce el peligroso efecto invernadero.
- Menos proporción de acristalamiento (alrededor del 5% de la superficie de la fachada).
- Preferencia por ventanas verticales y estrechas, más fáciles de sombrear (desplazamiento lateral rápido del sol).
- Imprescindible la instalación de sistemas de protección solar verticales. Son especialmente aconsejables las persianas de lamas orientables.
¿Te ha parecido interesante incorporar a tus proyectos los criterios pasivos sobre la orientación de las ventanas? Puedes profundizar en este y otros temas sobre este modelo de eficiencia y sostenibilidad formando parte de Consorcio Passivhaus.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la mejor orientación para las ventanas en un edificio pasivo?
Maximizar las superficies acristaladas en la orientación sur. Esto permite optimizar las ganancias solares en invierno, porque la trayectoria del sol es más baja y directa sobre esta superficie durante los meses fríos. Curiosamente, la misma fachada sur recibe menos radiación en verano porque el sol está mucho más alto, lo que permite proteger las ventanas fácilmente con sistemas de protección y evitar el sobrecalentamiento.
¿Cuánta superficie acristalada es recomendable en cada orientación?
Se prioriza la fachada sur (entre 15%-25% del total de la superficie) y se minimizan la orientación este y oeste (sobre el 5%). La superficie en la cara norte debe ser mínima en climas fríos, pero puede aumentarse en zonas cálidas (hasta el 10%-15%) para favorecer la ventilación nocturna.
¿Cómo evitar el sobrecalentamiento en verano sin perder ganancias en invierno?
Mediante grandes ventanales en la fachada sur, siempre acompañados de sistemas de protección solar horizontales, tanto fijos (voladizos, alerones) como móviles (toldo, pérgola, voladizos retráctiles).
¿Qué factor solar deben tener los vidrios en un edificio Passivhaus?
El estándar no fija una cifra concreta, es más, debe adaptarse a las condiciones climáticas y la orientación de las ventanas. En general, se recomienda un factor g entre 0.50 – 0.65 en climas fríos y de 0.20 – 0.40 en los más calurosos.
¿Es un error poner ventanas grandes en orientación oeste?
Sí, es más difícil de controlar el sombreado. Y, además, es la fachada donde se produce un calentamiento todo el día que desemboca en efecto invernadero. Por eso, se deben instalar ventanas pequeñas, mejor si son estrechas y alargadas. Por supuesto, se tienen que incorporar sistemas de protección solar verticales, sobre todo, son eficaces las lamas orientables.