BIOCLIMATIZACIÓN DE ESPACIOS ABIERTOS:

EL CASO DE EXPO SEVILLA 1992

Para la EXPO ´92 se planteó la modificación del microclima de la Corta de la Cartuja, aprovechando el potencial refrigerador de los flujos naturales, es decir, por medio del Sistema Bioclimático, para hacer descender las temperaturas hasta los niveles de confort en las zonas donde se desarrollarían las actividades principales. Se planteó además esta opción como profundamente cultural, pues se fundamentaba en la relación entre hombre y medio natural.

Los recursos naturales de que se disponía para la modificación y adecuación del microclima eran:

• Vegetación.• Producción de sombra.• Ventilación.• Evaporación del agua.• Inercia térmica del terreno.• Sistemas de onda larga.• Organización de filtros.• Estrategias de usos horarios, zonificación y aspectos

psicológicos.

DATOS CLIMÁTICOS DE SEVILLA

A partir de un estudio detallado de las variables climáticas de la isla, se consideran como condiciones extremas de cálculo las siguientes:

T seca: 35º C (temperatura de bulbo seco).H: 40% (humedad relativa del aire).

Con una frecuencia de ocurrencia no superior al 5%. La temperatura media anual fue estimada en 18º C y la media en Agosto de 26,4º C.

NIVELES DE CONFORT

Es conocido que la temperatura preferida y confortable de un lugar a otro varía según las estaciones del año y los hábitos de las personas. En Sevilla y en verano, para los espacios exteriores, las expectativas de confort pueden situarse entre los 25º y los 30º C, con una humedad relativa entre 60% y el 40%.

Tomando el gráfico presentado por Szokolay, Olgyay, Arens y otros, (PLEA 84), el Seminario de Arquitectura Bioclimática (S.A.B.), llegó a la conclusión de que era posible extender la zona de confort para las áreas de circulación hasta un máximo de 30º C, adoptando para las áreas de espera y estancia un valor medio de 28º C.Nota: El diagrama de condiciones de confort asocia las temperaturas del aire (termómetro de bulbo seco, en ºC) a la humedad relativa del aire expresada en %. Posibilita la incorporación de la irradiación solar (W / m2) en situación de frío y de ventilación en situación de calor, principalmente en climas húmedos. Permite determinar zonas de confort para invierno y verano para una determinada región climática y corregir situaciones de insatisfacción por medio de soluciones naturales.El diagrama de condiciones de confort propuesto para la Isla de Cartuja muestra que la zona de confort para el mes de Agosto no coincide con la zona de confort estándar, debido a las altas temperaturas y a la pequeña velocidad y humedad del aire y sombreando los espacios de zona de confort para la circulación de peatones puede ampliarse, como muestra el diagrama de la figura.

ESTRATEGIAS

Para conseguir los objetivos de confort enunciados para los espacios abiertos de la EXPO, más concretamente en la Experiencia Piloto y en la Rotonda Bioclimática, se planteo la utilización de los medios disponibles naturales de acuerdo con las estrategias globales propuestas en ese estudio:

•Control de la Radiación Solar: Se planteo la utilización de arbolado en tres niveles de altura y densidades, conjuntamente con las barreras de arbustos y plantas de flor. La utilización de pérgolas para cubrir avenidas y paseos que podían ser estructuras cubiertas con lonas o plásticos, o mallas cubiertas por lonas o teflón de carácter retráctil.

•Evitar supercalentamiento: Eliminación de la tranmisividad de las lonas. Jerarquización de espacios. Estrategias de usos según horarios.

•Reducción de ganancias térmicas: Suprimir toda refrigeración que emitiese calor al aire. Estratificación y confinamiento de las capas de aire fresco.

•Extracción de calor: Minoración del efecto del viento. Ventilación anabática. Permitir la irradiación nocturna por medio de sistemas retráctiles.

•Refrigeración natural: Refrigeración por evaporación, cascadas, torres de enfriamiento, cortinas de agua. Conductores subterráneos de aire enfriado. Pavimentos enfriados con agua.

NATURALEZA DEL TRABAJO: NECESIDAD DE MODELIZACIÓNEl proyecto de arquitectura e ingeniería de los espacios abiertos pretendía lograr condiciones microclimáticas aceptables, lo que obligó a que dicho proyecto hubiera de ejecutarse tras evaluar el impacto ambiental que las diversas opciones arquitectónicas tenían sobre las variables que determinan el confort: temperatura seca, húmeda, radiante y velocidad del viento.Se debía tener presente que no toda solución arquitectónica era aceptable microclimaticamente y que, incluso, algunas podían presentar efectos adversos.Por otro lado los efectos favorables o desfavorables no eran siempre evidentes por pura intuición de diseño arquitectónico y, menos aun, inmediata su evaluación cuantitativa. Por consiguiente, esta evaluación de variables de confort sólo podía llevarse acabo mediante la simulación y resolución de los sistemas físicos que cada solución arquitectónica presentaba.En consecuencia, el trabajo objeto de la propuesta incluyo el propio proyecto, que por su singularidad requirió una fase previa de modelización, la cual debió realizarse una vez identificados en el Plan director de la EXPO´92 los principales problemas y previa zonificación de acuerdo con las previsiones de uso y características particulares de los espacios abiertos: circulación, paseo, espera, descanso, diversión, etc.

En las zonas interiores, la vegetación de bajo y medio porte podía parcialmente estar situada debajo de los sistemas de sombra artificial. El conjunto funcionaria entonces como un sistema de filtros horizontales hasta el estrato que nos interesa acondicionar, de la cota 2 m hasta el suelo.

Las zonas de vegetación en el interior debían estar alternadas con zonas abiertas más eficaces para radiar por la noche calor hacia cielo abierto, una vez retirados los toldos.

El S.A.B. proponía una proporción de 60 / 40 de superficie arbolada verde a superficie edificada. En el recinto de exposición las zonas de vegetación idealmente debían estar integradas con las edificadas. Una distribución interesante de las grandes masas verdes desde el punto de vista bioclimático era de un perímetro y un corazón verde, con el sector intermedio edificado.

Las áreas de servicio que apoyan a los pabellones deberían ser ideadas como pulmones verdes, ya que en ellas se concentran los focos de emisión de calor de los pabellones hacia el ambiente: sistemas activos de refrigeración, cocinas y máquinas

El arbolado hacia poniente debía proyectarse en pantallas que canalizasen las brisas frescas del SO al interior del recinto.

Las zonas exteriores de estancia y de circulación de visitantes debían, desde el punto de vista bioclimático estar sombreadas. Dados los plazos, había que recordar que la aportación de sombra por parte del arbolado seria mínima, los sistemas de sombra, probablemente sobre superestructuras, deberían considerarse según las orientaciones.

Los sistemas serian retirables durante la noche para hacer posible la disipación de calor por radiación de onda larga hacia el cielo.

El diseño de sistemas de sombra de estas características seria compatible con óptimo control lumínico y con una gran transparencia en la visión del paisaje, el cielo y los propios pabellones.

Los espacios descubiertos debían considerar las orientaciones. Orientaciones Norte son adecuadas para el verano. Hacia el Sur es fácil proveer protección solar mediante dispositivos sencillos y / o vegetación. En las orientaciones Este y, especialmente, Oeste, las protecciones solares verticales adquieren gran importancia en verano. Los materiales y sistemas adecuados para la protección solar podían ser de 4 tipos:

• Vegetales.• Pesados, que aprovechan su inercia térmica como en los zocos árabes.• Ligeros, con la menor masa térmica posible, máxima reflectancia a la radiación

solar, opacidad según nivel lumínico deseado y posibilidad de ventilación. (7)• Cubiertas dobles que presentan la características óptimas para cada uno de

sus haces y ventilación a través de la cámara.

Los sistemas de sombra debían posibilitar y promover la ventilación en los dos modos en que podíamos producir: (2) (3) por presión del viento y (4) por diferencia de temperatura. (5) (6)

La ventilación es la base de la refrigeración pasiva en el espacio abierto. Para el bienestar biofísico y para la refrigeración estructural.Para conseguir los objetivos propuestos hay que producir una velocidad del aire constante menor o igual a 1,5 m / s, suave para no producir ningún tipo de molestia y adecuada para alcanzar los niveles de confort.Era inpresicindible diseñar los espacios públicos y las protecciones solares de forma que usen los recursos naturales a nuestra disposición. (2) (3) el viento y (4) convecciones. Los elementos a diseñar debían aprovechar cualquier brisa, especialmente las del SO. y potenciar la ventilación anabática.(8) Las ordenaciones debían organizarse haciendo posible la penetración del viento del SO. al interior del recinto de la Exposición de forma que fuese canalizado hacia las calles y los espacios públicos principales.El uso de grandes ventiladores auxiliares (activados por energía solar) garantizaría un movimiento del aire constante.(9) El uso de la refrigeración por evaporación estaría combinado necesariamente con ventilación para evitar el exceso de humedad en el ambiente

La utilización del agua como elemento urbano era recomendable por diversos motivos. Desde el punto de vista bioclimático el agua colabora en la creación de un microclima más fresco de dos maneras:

Por efecto de la inercia térmica de las masas de agua. En el uso de masas de agua como laminas, lagos y canales, se debería aprovechar su capacidad de suavización del clima. Esto puede conseguirse con pequeñas masas a través de un diseño adecuado, reteniendo y maximizando los efectos locales: se debería reducir con sombra más evaporación el calentamiento diurno y favorecer las pérdidas por evaporación y por radiación nocturna hacia el cielo. El dimensionado de la relación masa-superficie que optimice la eficacia refrigeradora deberá ser objeto de un estudio especial.

Por evaporación.

Cuando el proceso de evaporación se produce en la sombra obtenemos aire a más baja temperatura. Los sistemas como surtidores, fuentes, cascadas, etc., deberían ser operados en la sombra. Los sistemas de aspersión y pulverización deberían operarse en zonas con radiación directa.Los sistemas evaporadores se colocarían próximos a los usuarios y en las tomas de aire de los espacios que se deseen acondicionar naturalmente: calles que acceden a ellos y zonas verdes perimetrales

. La evaporación se combinaría con ventilación con el fin de controlar el grado de humedad y así mantener la capacidad evaporadora del aire para hacer posible. 1) el estado de bienestar biofísico y 2) el desarrollo continuo del proceso.

La evaporación es proporcional a la superficie del agua en contacto con el aire. Se aconsejan sistemas que la aumenten tales como (4,9) fuentes, surtidores, cascadas, cortinas, circulación de agua en canales y bajo la pavimentación (en circuitos cerrados), mas (10-12) riego, aspersión y micronización. El rumor del agua corriente tiene además efectos psicológicos de frescor y de control acústico muy favorables

Zonas en sombra durante el día, abiertas al cielo d urante la noche Su temperatura debía subir lo menos posible durante el día y bajar por

ventilación y por radiación durante la noche.Características recomendadasAlta emisividad en onda largaAlta capacidad térmicaAlbedo medioMateriales recomendados: Hormigones, Cerámicos, Gravas, Piedra

Zonas en sombra durante el día, cubiertos durante l a noche .

Su temperatura debía subir lo mínimo durante el día, refrigerando durante día y noche con ventilación y / o agua.

Características recomendadas Pavimentos refrigerados. PorosidadAlta capacidad térmica combinada con refrigeración nocturnaAlbedo medio

Materiales recomendadosPiezas prefabricadas de materiales porosos con circulación inferior al aguaHormigón, piedra, cerámicos, con superficies rugosas, canales y corrientes de aguaGravas

Zonas abiertas, recibiendo radiación directa durant e el día; abiertas al cielo durante la noche.

Deberían adquirir la más baja temperatura durante el día y enfriarse durante la noche.

Características recomendadas Materiales recomendadosAlta capacidad térmica Superficies pesadas / colores mediosAlta emisividad en onda larga Piedra / gravasBaja absorción en onda corta Terreno vegetalAlbedo medio Porosas / riegoSuperficies porosas. Hormigones Albero en grano

Gravas

Soluciones Integradas: Zonificación y tratamiento bioclimätico

El sistema de circulación debía ser de gran economía espacial con jerarquías y relaciones sencillas de modo que los espacios a acondicionar se reduzcan al mínimo. El sistema de circulaciones fuertemente recomendado por el SAP era el representado en los esquemas: organizando en bancadas paralelas descendientes hacia los ejes de los viales o de las plazas. Estos sistemas semienterrados aprovechan el potencial frío del terreno y permiten la integración de todas las estrategias bioclimáticas hasta ahora recomendadas, como se observa en los gráficos.

El sistema de bancadas paralelas facilitaba la posibilidad de disponer conductos de aire subterráneos que aporten un caudal continuo de aire a 18-22º C en las zonas de creación microclimática, que serian dimensionados con programa de simulación y prototipo. La topografía de la Corta de la Cartuja apoyaba la opción de los sistemas de espacios públicos en bancadas. Dada las diferencias de cota existentes entre el agua y las zonas de asentamiento de pabellones (3-4 m.), éste sería una forma natural de aproximación del agua.

.. Recomendábamos para los espacios de circulación y estancia una cierta especialización horaria en subzonas: partes especializadas para el día con densas sombras en diversos niveles (toldos, pérgolas, y arbolado); y otras cubiertas por toldos durante el día y abiertas al cielo durante la noche. Este sistema daría una mayor eficacia térmica a la vez que riqueza espacial.

Era imprescindible proyectar una graduación de espacios tampón, intermedios entre el entorno completamente al exterior y los espacios de creación microclimática más intensa. Los espacios de transición semicondicionados estarían constituidos por zonas de sombra, arbolado, agua, etc. No deberían impedir la ventilación y penetración de brisas, sino promoverla.

TIPO DE ESPACIO ELEMENTOS UTILIZADOS FUNCIÓN DE LOS ELEMENTOS

Zona depaso peatonal

Coberturas vegetales (Pérgolas EXPO)Coberturas textilesCoberturas teflón Pérgolas con unidad de enfriamiento latente

Protección de la radiación solarHumidificación y enfriamiento del

aire

Zonas de Paso coche

ÁrbolesPérgolas vegetales Pérgolas vegetales

Protección de la radiación solarProducción de humedad para el

aire

Zonas de descansoOcio / MixtaEspectáculo

Quioscos

Cobertura de teflón sin riegoDesnivelesPavimentos fríos Laminas de aguaSurtidores de aguaSistemas de tratamiento:-Unidad de enfriamiento-Conductos enterrados

Torre fría.Micronizadores en árbolesMicronizadores en anillos periféricosUnidad de tratamiento del aire latenteUnidad de tratamiento del aire sensible

Protección a la radiación solarConfinamiento

Movimiento del aireEnfriamiento de las superficies

Humidificación del aireEnfriamiento evaporativo del agua

del estanque.Evaporación del calor del ocupanteHumidificación y enfriamiento del

aire

CONCLUSIONES

El resultado de las monitorizaciones y evaluación de la Experiencia Piloto (ver bibliografía) permitió llegar a las siguientes conclusiones:

- El efecto global alcanzado en la Rotonda bioclimática mostró una reducción de 5º C a 8º C en relación a la temperatura exterior ambiente llegándose a medir en ocasiones hasta 10º C de diferencia. – Los pavimentos enfriados, torres de enfriamiento, conductos enterrados y producción de aire húmedo, eran efectivos y podían ser utilizados para distintas propuestas y diseños. – El enfriamiento evaporativo del aire presentaba algunas desventajas, como la cantidad de agua necesaria durante el enfriamiento y el hecho de que la humedad del aire era muy difícil de controlar a través de medios pasivos. Por otro lado, presentaba también efectos conexos que lo tornaban eficaz, como el hecho de que las grandes superficies de agua ofrecían una gran masa térmica; los problemas de reflexión podían ser solucionados por el uso de fuentes y vegetación. El enfriamiento evaporativo podía ser combinado con la ventilación natural a través de efecto de chimenea; en superficies largas y abiertas, la radiación nocturna resulto ser muy eficiente. – En el caso de EXPO ´92, los conductos enterrados fueron poco utilizados (la gran superficie tornaría muy cara la respuesta).

CONCLUSIONES

- Estéticamente, el área propuesta se parecía a un jardín moderno donde los árboles, plantas y fuentes eran los elementos más importantes y la tecnología se presentaba a través de los elementos compositivos, pero no como protagonista principal. Durante los experimentos, realizados entre julio de 1988 y agosto de 1990, la Rotonda fue utilizada por las personas que trabajaron en las oficinas de EXPO´92. Todos estuvieron de acuerdo en cuanto a la sensación confortable producida. Entre tanto, como las rotondas eran planteadas para el uso de centenas de personas que descansarían allí fue difícil evaluar la eficiencia total. Finalmente, no se utilizo la idea de la Rotonda en sí, sino los conceptos de su espacio (como en el Palenque) y los sistemas de enfriamiento pasivo que se testaron en ella.