04
Diciembre
2018

Proporción y distribución de las aberturas

Proporción y distribución de las aberturas

Las aberturas representan, en cierta manera, una “excepción” en la envolvente opaca de los edificios. Se trata de superficies especialmente concebidas para permitir el flujo de la radiación solar y el aire, entre otras cosas. De hecho, las aberturas se pueden clasificar de acuerdo con su función principal, es decir, aquello que permiten pasar. Por ejemplo, las rejillas se usan exclusivamente para la entrada y salida de aire, mientras que las puertas suelen tener como función principal el paso de personas y objetos.

De entre todos los tipos de aberturas, sin duda el más importante es el acristalamiento, especialmente su representante más conocido: la ventana. Por un lado, el acristalamiento suele ser multifuncional, ya que puede permitir el ingreso de radiación solar y luz, la ventilación natural, y desde luego la comunicación visual entre el interior y el exterior. Además, si lo comparamos con los demás tipos de aberturas, por lo general es el que ocupa mayor superficie. En la arquitectura moderna y contemporánea el acristalamiento ha cobrado tal protagonismo que en algunos edificios llega a sustituir cerramientos opacos completos. Es el caso, por ejemplo, de los muros cortina en numerosos edificios de oficina, o ejemplos emblemáticos de arquitectura doméstica como la Casa Farnsworth, de Mies van der Rohe, o la Casa de Cristal, de Philip Johnson.

Más allá de sus valiosas funciones, sin embargo, el acristalamiento puede ser problemático desde el punto de vista energético y medioambiental. Esto se debe a que también constituye una parte vulnerable de la envolvente de los edificios, principalmente por las siguientes razones:

  • Suele admitir mayores pérdidas y ganancias de calor que los cerramientos opacos. Esto es especialmente crítico en los climas fríos.
  • Puede permitir la entrada excesiva de radiación solar y luz, generando problemas de sobrecalentamiento y/o deslumbramiento.
  • Dependiendo de sus características funcionales, puede incrementar de manera significativa los niveles de infiltración.

Para comprender mejor el impacto que tiene la configuración geométrica del acristalamiento, es necesario considerar al menos dos factores estrechamente relacionadas entre sí: la cantidad y la distribución:

  • La cantidad se refiere simplemente al área de la superficie acristalada del edificio. Mientras mayor sea el área de acristalamiento, mayores serán las posibilidades de enfrentar los problemas señalados arriba (dependiendo obviamente de las condiciones climáticas).
  • La distribución se refiere a la repartición de la superficie acristalada en las diferentes fachadas del edificio (y en ocasiones también en las cubiertas). Si tomamos en cuenta que cada fachada es afectada de diferente manera por la radiación solar y el viento, dependiendo sobre todo de su orientación, entonces podemos asumir que el acristalamiento tendrá distinto impacto si se ubica en una parte o en otra.

Finalmente, cabe señalar que decidir la cantidad y distribución del acristalamiento implica un importante ejercicio de “equilibrio”, quizá más que ninguna otra variable de diseño. Mientras mayor sea la cantidad de acristalamiento, mayor la posibilidad de aprovechar la iluminación natural, la radiación solar en invierno y las vistas entre interior y exterior, pero también mayor la posibilidad de tener problemas de sobrecalentamiento, deslumbramiento y pérdidas de calor en invierno.


Parámetros de la cantidad/distribución del acristalamiento

En este apartado se describen algunos parámetros que caracterizan la configuración geométrica del acristalamiento. Cabe señalar que, si bien hay varios parámetros que se refieren a la cantidad de acristalamiento, no hay uno que por sí solo represente su distribución en las diferentes fachadas. Para ello se suele recurrir a métodos indirectos, como se explica más adelante.

Proporción ventana-muro

El parámetro más empleado para medir la cantidad de acristalamiento en los edificios es la proporción ventana-muro, o PVM (en inglés: Window-to-Wall Ratio, WWR). Dicho valor resulta de dividir el área específica de acristalamiento por el área total de muro, incluyendo ésta última el área del propio acristalamiento. En otras palabras, indica la fracción del área total del muro que corresponde a superficie acristalada. En algunos ámbitos se calcula omitiendo el área de los marcos y divisores, que puede representar entre un 10% y un 30% del área total de acristalamiento.

Proporcion Ventana Muro

Figura 1. Ejemplos de valores de proporción ventana-muro.

La PVM es un parámetro fácil de entender y calcular, y es bastante útil para describir la cantidad de acristalamiento en un muro o fachada específicos. Sin embargo, tiene serias limitaciones para describir por sí solo la cantidad global de acristalamiento en los edificios. Aun en el caso de que todas las fachadas tengan la misma PVM, de tal manera que no sea necesario calcular un promedio ponderado, es evidente que dos edificios con la misma superficie construida y con la misma PVM, pero con diferente forma, tienen cantidades de acristalamiento distintas. Por ejemplo, si comparamos un edificio muy bajo y extendido con otro en forma de torre, ambos con la misma superficie construida, resulta que este último tiene más área de acristalamiento, debido a que tiene más área de muros exteriores.

Nota: Cuando se habla del acristalamiento en la cubierta se suele emplear el parámetro proporción acristalamiento-cubierta (en inglés: Skylight-to-Roof Ratio, SRR).

Proporción ventana-suelo

Para tratar de solventar las limitaciones de la PVM, en algunos ámbitos se ha optado por emplear el parámetro proporción ventana-suelo, o PVS (en inglés: Window-to-Floor Ratio, WFR). Como su nombre lo indica, se calcula dividiendo el área de acristalamiento por el área de suelo ocupado.

Proporcion Ventana Suelo

Figura 2. Ejemplos de valores de proporción ventana-suelo.

Efectivamente, la PVS expresa mejor la cantidad de acristalamiento que tiene un espacio particular o el edificio en su conjunto. Volviendo a la comparación entre el edificio bajo y el edificio en torre, tenemos que, dada una misma PVM, el primero tendrá una PVS menor que el segundo, ya que tiene una cantidad menor de acristalamiento. Otra ventaja de la PVS es que pone en relación la cantidad de acristalamiento con el tamaño de los espacios habitables. Por lo tanto puede ser un mejor indicador de los potenciales efectos positivos y negativos del acristalamiento. Sin embargo, la PVS, por si sola, sigue siendo poco efectiva para describir la distribución del acristalamiento en las diferentes fachadas de los edificios.

Ejemplo 1: De acuerdo con el código energético de Sudáfrica, los edificios que tienen una PVS de hasta 0.15 cumplen con los requerimientos mínimos de eficiencia energética. En cambio, los edificios que exceden ese valor deben mejorar consecuentemente las prestaciones del acristalamiento.
Ejemplo 2: En el estándar LEED for Homes, las viviendas que tienen una PVS superior a 0.18 deben mejorar sustancialmente las prestaciones del acristalamiento, ya sea el factor U o el SHGC.

Proporción ventana-superficie exterior

Otro parámetro que puede ser útil para describir la cantidad de acristalamiento de los edificios es la proporción ventana-superficie exterior, o PVSE. Este parámetro se calcula dividiendo el área total de acristalamiento por la suma de las áreas de las superficies exteriores, incluyendo, por ejemplo, muros, cubiertas y suelos.

Proporcion Ventana Superficie Exterior

Figura 3. Ejemplos de valores de proporción ventana-superficie exterior.

Aunque sigue siendo insuficiente para describir la distribución del acristalamiento en las diferentes fachadas, la PVSE permite poner en relación la cantidad de acristalamiento con la forma general del edificio. De hecho, dos edificios del mismo tamaño y con la misma PVM en todas sus fachadas, pero con diferente forma, siempre tendrán un valor de PVSE distinto. De esa manera, y considerando las limitaciones inherentes, la PVSE se puede emplear para evaluar el impacto del acristalamiento en edificios con diferentes formas [1].

PVM y PVS por orientación

En los puntos anteriores hemos revisado varios parámetros que definen, de una u otra manera, la cantidad de acristalamiento en los edificios. Desafortunadamente, no hay un parámetro similar que por sí solo describa la distribución del acristalamiento en las diferentes fachadas. En su lugar, un recurso frecuente es emplear parámetros como la PVM o la PVS, pero diferenciados para cada fachada con orientación distinta.

Es el caso del Código Técnico de la Edificación [2] en España, que promueve la mejora de las prestaciones del acristalamiento con base en la PVM y la orientación específica de cada fachada. El diagrama de la Figura 4 muestra la definición angular de las orientaciones, mientras que la Tabla 1 muestra, a manera de ejemplo, los valores de transmitancia y factor solar modificado para el acristalamiento en la zona climática A2. Como se puede observar, esos valores dependen tanto de la orientación como de la PVM (% de huecos), que abarca valores de 0.0 a 0.6 (0 a 60%).

Orientacion Acristalamiento CTE

Figura 4. Definición angular de las orientaciones en el CTE.

Tabla 1. Valores de transmitancia y factor solar para el acristalamiento en la zona climática A2.

Orientacion Acristalamiento CTE Tabla


 Referencias

[1] A. Ordoñez García, “Effects of architectural design variables on energy and environmental performance of office buildings,” Ph.D. Thesis, Universitat Rovira i Virgili, 2016.

[2] “Documento Básico HE - Ahorro de Energía,” Código Técnico de la Edificación, España, 2013.[2] M. Alwetaishi, “Impact of glazing to wall ratio in various climatic regions: A case study,” Journal of King Saud University - Engineering Sciences, Mar. 2017.

[3] S. Didwania, V. Garg, and J. Mathur, “Optimization of window-wall ratio for different building types,” Unpublished Article, Jan. 2011.

[4] G. Feng, D. Chi, X. Xu, B. Dou, Y. Sun, and Y. Fu, “Study on the Influence of Window-wall Ratio on the Energy Consumption of Nearly Zero Energy Buildings,” Procedia Engineering, vol. 205, pp. 730–737, Jan. 2017.

[5] F. Goia, “Search for the optimal window-to-wall ratio in office buildings in different European climates and the implications on total energy saving potential,” Solar Energy, vol. 132, pp. 467–492, 2016.

[6] N. Harmati and Z. Magyar, “Influence of WWR, WG and Glazing Properties on the Annual Heating and Cooling Energy Demand in Buildings,” Energy Procedia, vol. 78, pp. 2458–2463, 2015.

[7] S. Kim, P. A. Zadeh, S. Staub-French, T. Froese, and B. T. Cavka, “Assessment of the Impact of Window Size, Position and Orientation on Building Energy Load Using BIM,” Procedia Engineering, vol. 145, pp. 1424–1431, Jan. 2016.

[8] P. Ma, L.-S. Wang, and N. Guo, “Maximum window-to-wall ratio of a thermally autonomous building as a function of envelope U-value and ambient temperature amplitude,” Applied Energy, vol. 146, pp. 84–91, 2015.

[9] A.-T. Nedhal, F. Sharifah Fairuz Syed, and A. Adel, “Relationship between Window-to-Floor Area Ratio and Single-Point Daylight Factor in Varied Residential Rooms in Malaysia,” Indian Journal of Science and Technology, vol. 9, Sep. 2016.

[10] X. Su and X. Zhang, “Environmental performance optimization of window–wall ratio for different window type in hot summer and cold winter zone in China based on life cycle assessment,” Energy and Buildings, vol. 42, no. 2, pp. 198–202, Feb. 2010.

[11] G. Tibi and A. Mokhtar, “Glass Selection for High-rise Buildings in the United Arab Emirates Considering Orientation and Window-to-Wall Ratio,” Energy Procedia, vol. 83, pp. 197–206, Dec. 2015.

[12] Q. Yang, M. Liu, C. Shu, D. Mmereki, M. Uzzal Hossain, and X. Zhan, “Impact Analysis of Window-Wall Ratio on Heating and Cooling Energy Consumption of Residential Buildings in Hot Summer and Cold Winter Zone in China,” Journal of Engineering, vol. 2015, 2015.


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Última actualización Domingo, 10 Marzo 2019 Categories: Configuración geométrica, Variables de diseño

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