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A particularly worrying situation as regards rationa-list approaches is that, in the majority of cases, ve-getation has been used merely as a visual or sculp-tural feature, along the lines of a “Reserve” or pieceof music, left with little or no expression. Rationalismhas attempted to control – or substitute green com-ponents to a degree which is neither environmentallyfriendly nor beneficial as regards the quality of life ofcitizens. The time has come for an architecturalrevolution, an evolutionary system incorporatingvegetation as one of the prime elements. Featuredbelow is a detailed study of the most effective way tointegrate greenery with roofs, facades and uniquearchitectural elements, to improve the level ofsustainability and the bioclimatic performance. Inview of this, it might be a good idea to identify theadvantages and disadvantages associated with usinggreenery

- BASIC THERMAL FUNCTIONS IN BUILDINGENVELOPES

Vegetation improves the building’s insulation andinertia properties, which in turn, improves thewellbeing and quality of life of occupants, as well asa substantial reduction in energy consumption. Allthe same, no single architectural element can besolely responsible for improving the building’senvironmental and energy performance. Environ-mental performance can only be improved if theaforementioned element is suitably located withinthe overall construction. In order to establish thebest location for vegetation as part of buildingenvelope structures, it is essential to make a studyof the building’s thermal performance. To carry outthis conceptual study we will assume the buildinghas been correctly designed from a bioclimatic pointof view. That is to say, on account of the constructiondesign, devoid of additional technology and unwa-rranted economic costs and a tendency to self-regulate thermal properties, we will thereforeassume the building’s energy consumption is theleast possible. It’s important to remember that,compared to an accurate bioclimatic design, impro-ving the thermal performance of the building alonewill make little difference. To simplify the study wewill assume the building is a parallelpiped southfacing design.

Situación que ha sido especialmente preocupante enlos planteamientos racionalistas, que, en el mejor delos casos, ha utilizado la vegetación, de un modoescultórico o simplemente visual, a modo de“reservas”, o piezas de museo, reduciéndola a sumínima expresión. El racionalismo ha intentadocontrolar –o sustituir- los componentes vegetales deun modo que ni es beneficioso para el medioambiente, ni para la calidad de vida de los ciudada-nos. Es hora de que la arquitectura evolucione, y quelo haga incorporando la vegetación como uno de suselementos compositivos más importantes. Por todoello, a continuación se analiza con detalle la formamás adecuada de integrar la vegetación en cubier-tas, fachadas y elementos arquitectónicos singula-res, con el fin de mejorar el nivel de sostenibilidad yel comportamiento bioclimático de los edificios. Peroantes de ello convendría hacer un listado de lasventajas que implica utilizar la vegetación, y tambiénde los problemas que podría generar.

- FUNCIONAMIENTO TERMICO BASICO DE LASENVOLVENTES ARQUITECTONICAS

La vegetación puede aumentar el aislamiento y lainercia de un edificio, y ello permite un aumento enel bienestar y la calidad de vida de sus ocupantes,así como una disminución sustancial del consumoenergético. Sin embargo, hay que recordar quecualquier componente arquitectónico, por si mismo,no puede ser responsable de la mejora en elcomportamiento energético y medioambiental deledificio. La mejora medioambiental debe conseguir-se por medio de la correcta disposición de dichoelemento en el conjunto. Por tanto, para conocer laforma óptima de colocar la vegetación en las envol-ventes arquitectónicas, primero se debe estudiar elcomportamiento térmico de las mismas. Para reali-zar este estudio conceptual supondremos que eldiseño del edifico ha sido correcto desde un punto devista bioclimático. Es decir, supondremos que tansolo por el diseño realizado, y sin necesidad de tec-nología adicional, y sin sobre costes económicos, eledificio va a tender a regularse térmicamente por simismo, y por tanto, va a consumir la menor cantidadposible de energía. Es muy importante recordarlo, yaque simplemente mejorando el comportamientotérmico de las envolventes no se va a conseguir grancosa, comparado con lo que puede lograrse con uncorrecto diseño bioclimático del edificio. Parasimplificar el estudio supongamos que el edificotiene forma paralelepipédica con orientación sur.

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Upon observation, the highest concentration of solarradiation is on the roof, followed by the south facingfacade, then the east and west faces and, lastly, thenorth facing façade. In other words, the architecturalelement with the greatest capacity for insulation isthe roof (fig. 1). If a building’s performance isevaluated both day and night, the conclusion willillustrate the need for insulation to improve thebuilding’s performance (fig. 2). Insulation, however,counts for nothing on the inside of a building, withoutexception, since the building’s potential thermalinertia is unused resulting in high energy consump-

Como se observa es en la cubierta donde más radia-ción solar incide, después en la fachada sur, despuésen las caras este y oeste y, por último, en la caranorte. O lo que es lo mismo, la cubierta es el ele-mento arquitectónico que más capacidad de aisla-miento debe tener. (fig. 1). Si se analiza el comporta-miento del edificio durante el día y durante la noche,se llega a la conclusión de la necesidad de aisla-miento para mejorar su comportamiento térmico.(fig. 2). Sin embargo, el aislamiento no debe dispo-nerse nunca, sin excepción alguna, en la parte inte-rior del edificio, ya que, de este modo, no se utiliza el

potencial de la inercia térmica del edificio, y se con-sume mucha energía para calentar o refrescar eledifico (con independencia de su aislamiento). (fig.3).En cambio, si se dispone el aislamiento al exterior,se mejora considerablemente el comportamientotérmico de los edificios, y en algunos casos ni siquie-ra se necesitan artefactos para calentarlos o refres-carlos. Es decir, los edificios, con la ayuda de la iner-cia térmica y teniendo en cuenta los ciclos circadia-nos, tenderán a calentarse por sí mismos en invierno,y a refrescarse en verano. Una vez realizadas estasaclaraciones generales, se está en condiciones deanalizar detalladamente el comportamiento térmicoy acústico de las envolventes arquitectónicas. Tradi-cionalmente, en la arquitectura tradicional y verná-cula, se han utilizado envolventes arquitectónicas deuna sola capa. Ello se ha debido a la escasez de me-dios, y a su escasa capacidad portante. Los muros deuna sola capa necesariamente deben ser muy an-chos, no tan solo por su escasa capacidad portante,sino también, por la escasa capacidad de aislamientotérmico de los materiales utilizados. (fig.4).

THERMAL PERFORMANCE OF THE BUILDING: Conventional buildings are usually poorly insulated and fairly lightweight. The effect of the radiation causes the buildingtemperature to rise rapidly and drop rapidly without the solar radiation. Unsurprisingly, the building is hotter on the inside than the outside and cooler in winter.

COMPORTAMIENTO TÉRMICO DEL EDIFICIO: Los edificios convencionales tienen poco peso y apenas aislamiento. Por tanto se calientan muy rápidamente cuando lesincide la radicación solar, y se enfrían muy rápidamente cuando no hay radiación. Por ese motivo no es extraño que en el interior del edificio haga más calor que en elexterior, y en invierno más frío.

tion to heat and ventilate the building (regardless ofthe insulation) (fig.3). In contrast, if the insulation isapplied to a building’s exterior, thermal performan-ce is considerably improved, in some cases to theextent that heating or ventilation appliances areunneces-sary. That is to say, with the help of thermalinertia and taking into account the circadian cycles,buil-dings will be able to provide their own heatingin winter and ventilation in summer. Once thesecommon factors have been clarified, we are inposition to carry out a detailed analysis of theacoustic and thermal performance of the buildingenvelope. Usually, in vernacular and traditionalarchitecture, single skin wall structures were used;this was due to the scarcity of materials and poorload bearing capacity. Single skin wall structureswere very wide, not only on account of the poor loadbearing capacity, but also the poor thermal insula-tion rating of the building materials. (fig.4).

FIG.2

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However, with a perfect combination thermal inertiaand insulation, single skin walls have an extraordi-nary thermal performance rating. The poor insula-tion capacity of the materials generally used (cheapand readily available locally) is compensated by the

Los muros de una sola capa tienen un comporta-miento térmico extraordinario. Tienen una combina-ción perfecta de aislamiento térmico y de inerciatérmica. La poca capacidad de aislamiento de losmateriales usualmente empleados (muy económicos

WINTERDAY: The inside of the habitat is warmed by both solar radiation and mechanical appliances. WINTERNIGHT: The accumulated heat in the building rapidly dissipates to the outside. The accumulated heat contributes nothing to warm the inside of the habitat,therefore requiring heating appliances and the associated energy consumption.NVIERNO-DÍA: Se calienta el interior de la vivienda tanto por la radiación solar, como por medio de dispositivos mecánicos.INVIERNO-NOCHE: El calor acumulado en el edificio se disipa rápidamente al exterior. Por tanto, este calor no colabora en calentar el interior de la vivienda. Comoresultado, se necesitan aparatos de calefacción y el consiguiente consumo energético.

WINTER-DAY INVIERNO-DÍA WINTER-NIGHT INVIERNO-NOCHE

INTERIOR INSULATION (CORRECT SOLUTION). A solution to prevent the rise and fall in the building’s temperature is to install insulation. However, the insulationshould not be on the inside of the building but on the outside. AISLAMIENTO INTERIOR (SOLUCIÓN CORRECTA). Para evitar que el edificio se caliente o se enfrie hay que añadir aislamiento. Sin embargo, no debe ponerse elaislamiento en la parte interior sino en la exterior.

SUMMERNIGHT: The habitat cools down as the outside temperature drops. SUMMERDAY: The accumulated drop in temperature rapidly dissipates and contributes nothing to cooling the inside of the building. Air –conditioning appliances arerequired as a result with the associated energy consumption.VERANO-NOCHE: Se enfría la vivienda al bajar la temperatura del exterior.VERANO-DÍA: El fresco acumulado en el edificio se disipa rápidamente y no colabora en el refresco del interior de la vivienda. Por lo tanto se necesitan aparatos deaire acondicionado, con el consiguiete consumo energético.

y abundantes en cada lugar) se compensa con ungran espesor del muro, lo cual le proporciona unelevado peso, y por tanto a una elevadísima inerciatérmica. Esta combinación es perfecta, ya que, comose ha comentado, la inercia térmica es necesariapara mantener fresco el edificio en verano duranteel día, y para mantenerlo caliente en inviernodurante la noche, sin apenas consumo energético.

thickness of the wall, which in turn accounts for theheavy weight, the outcome of which is very highthermal inertia. As previously mention, this is theperfect combination, thermal inertia to keep thebuilding cool throughout the day, in summer, andwarm throughout the night, in winter, with little orno energy consumption.

SUMMER-NIGHT VERANO-NOCHE SUMMER-DAY VERANO-DÍA

FIG.3

FIG.4

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This type of wall structure is also breathable, asource of permanent and natural ventilation. Themost inconvenient aspect of this type of wall is theenormous thickness and a significant reduction inuseful space. Hence the introduction of double skinenvelope wall structures, to reduce the thickness, aninner skin, with high thermal inertia and an outerskin, with insulation. Both elements in exactly theright place as a result. The thickness of double skinwalls is reduced as the insulating layer can be madefrom special breathable materials with a high ther-mal insulation capacity (such as, rockwool, hemp,coconut fibre, wood fibre….). It has to be said that, inrecent years, the insulation layer has generally beenplaced on the inside of the building envelope, apractice contrary to the entire explanation. A prac-tice contrary to scientific principles and reasoning,now a common practice, above all in housingbuildings. The insulation has been applied to theinside of the building for the simple reason that it ismuch easier to put on the inside as opposed to theoutside. A practice which, in short, has led toincreased energy wastage, diminished the value ofmaterials essential to the thermal inertia in theacoustic and thermal performance of the buildingsand ultimately reduced the wellbeing of citizensoutlined in the study (fig. 5). As an evolutionaryresult, two skin walls have become three and fourskin walls. Three skin walls include consist of addingan extra skin on the outside of two skin walls. Thisthird skin has to be relatively thin since its purposeis to protect the insulating layer and serve as adecorative finish for the building. This outer skin haslittle or no effect as regards increasing insulationperformance or thermal inertia. As the outer layer isnot an insulating material, insulation is barelyincreased and thermal inertia is not increasedbecause it is on the outer part of the insulation.Increasing the thermal inertia of a building has to bedone on the other side of the insulation layer, insidethe building. The weight of the outer decorative skinmust therefore carry the least weight possible asthere will be no gain at all with a larger volume.(fig.6). The only way to increase the level of insula-tion in a three skin wall, in cold climates, is toincrease the insulation. Alternatively, to increase thelevel of insulation in mild climates, an additionalventilation layer must be inserted between theinsulation and outer skin.

Además, este tipo de muro es transpirable, y permi-te por tanto la ventilación continua y natural. Elmayor inconveniente de este tipo de muros es suenorme espesor, y por tanto, la reducción que supo-ne en la superficie útil en un edificio. Por ello, y conla finalidad de reducir al máximo el espesor de losmuros envolventes, se deben utilizar dos capas. Unacapa interior con alta inercia térmica, y una capaexterior aislante. De este modo se ubica cadaelemento justo en el lugar en donde es necesario.Los muros de dos capas necesitan menos espesor,ya que la capa aislante puede estar constituida porun material especial con alta capacidad de aisla-miento térmico, y transpirable (por ejemplo, lana deoveja, fibra de cáñamo, fibra de coco, fibra de made-ra…). Hay que hacer constar que, en los últimosaños se ha realizado, de forma generalizada, unapráctica contraria a todo lo expuesto, y se ha coloca-do la capa de aislamiento en la parte interior de lasenvolventes arquitectónicas. Una práctica contraria a la razón y a los dictados científicos, y que se haconvertido en habitual sobre todo en los edificios deviviendas. Simplemente se ha colocado el aislamien-to en la parte interior de los edificios porque es másfácil colocarlo en el interior que en el exterior. Deeste modo, y tal como se ha analizado, ha disminui-do el bienestar de los ciudadanos, se ha fomentadoel despilfarro energético, y se ha menospreciado elpapel importantísimo que tiene la inercia térmica enel comportamiento térmico y acústico de los edifi-cios (fig. 5). Como resultado evolutivo del muro dedos capas se obtienen los muros de tres y de cuatrocapas. El muro de tres capas consiste en añadir unacapa exterior al muro de dos capas. Esta capa exte-rior debe tener muy poco grosor, ya que su utilidades proteger la capa aislante y servir de remate deco-rativo final. Esta capa exterior apenas aumenta ni elaislamiento, ni la inercia térmica del conjunto.Apenas aumenta el aislamiento porque el materialde remate no es aislante, y no aumenta la inerciatérmica ya que está situado en la parte exterior delaislamiento. Si se deseara aumentar la inercia tér-mica de un edificio debe hacerse en la parte interiordel aislamiento. Por todo ello, la capa exterior deco-rativa debe tener el menor peso posible, ya que noserviría de nada que su masa fuese mayor. (fig.6). Sise desea aumentar el nivel de aislamiento del murode tres capas en climas fríos simplemente hay queaumentar el aislamiento. En cambio, si se deseaaumentar el nivel de aislamiento en climas cálidos loque deba hacerse es intercalar una nueva capa deventilación, entre el aislamiento y el remate exterior.

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Green2House es una vivienda diseñado para unescritor inglés en Shoeburyness, en un entornoparadisíaco en la desembocadura del rio Támesis. La vivienda se abre, como un libro abierto, simboli-zando el fuerte simbolismo social de su propietario,y con el fin de aprovechar al máximo la radiaciónsolar, y las maravillosas vistas a la playa. La viviendaes autosuficiente en energía y es autosuficiente enagua. Además dispone de espaciosos campos decultivo adyacentes, con el fin de dotarle ciertaindependencia alimenticia. La autosuficienciaenergética se ha conseguido en primer lugar con unoptimizado diseño arquitectónico, que permite que lavivienda no necesite ningún artefacto mecánico declimatización, ni en invierno, ni en verano. La energíaadicional y el agua caliente se han logrado por mediode captores solares térmicos y fotovoltaicos,perfectamente integrados en el diseño de la fachada.Por otro lado la autosuficiencia de agua se haobtenido mediante una perforación en el suelo, y unsistema de filtrado de agua de lluvia y aguas grisespor triple membrana de ósmosis inversa.

Green2House has been designed for an Englishwriter from Shoeburyness, an idyllic spot at themouth of the river Thames. The house opens out,like the pages of a book, representative the owner’sstrong social symbolism, designed to make the mostof solar radiation and magnificent sea views.With sufficient water and energy supplies, the houseis also flanked by crop growing fields, providing acertain amount of self-sufficiency as regards foodsupplies. The self-sufficient energy supply is firstlydown to the reduced energy consumption as a resultof the ingenious architectural design, as a result ofwhich the house can do without heating or airconditioning equipment, neither winter nor summer.The additional energy and hot water is supplied bythermal and photovoltaic solar captors skilfully builtinto the façade. The self-sufficient water supply isobtained by means of a hole in the ground and atriple membrane reverse-osmosis filtration systemfor rainwater and waste water.

an

aVi

F

project _ proyecto:eco-house

casa ecológicaarea _ superficie:

749,80 m2

budget _ presupuesto:985.000 €

location _ localización:shoeburyness, essex, uk

90 GREEN2HOUSE

Built with a number of floors, the house is surroun-ded by a swimming pool incorporated into thehouse’s building structure. The two parameters(representing the open book “cover”) north andsouth, are vertical gardens with a low water con-sumption, thanks to the “waffle-tray” system, anaverage weight and removable. With a high thermalinertia the green roof is crowned by local plantspecies from the Thames valley.

La vivienda se estructura en varios niveles, y estárodeada por una piscina integrada en su propiaestructura arquitectónica. Los dos paramentos (queconforman las “tapas” del libro abierto) situados slnorte están compuestos por un jardín vertical debajo consumo de agua, realizado por el sistema de“bandejas-gofre” desmontables con estratosemipesado. La cubierta ajardinada tiene unaelevadísima inercia térmica, y esta coronada porespecies vegetales autóctonas de la desembocaduradel Támesis.

92 GREEN2HOUSE

AVERAGE HUMIDITY LEVEL / NIVEL HUMEDAD MEDIO

WINTER / INVIERNO

1. The heat accumulation in the slabs andbearing walls (high thermal inertia) and it keepsthe house warm during the day and night withlittle energy consumption.2. Direct solar radiation enters the deepestplaces of the house lighting every room withnatural light.3. It is a self-sufficient house, from an energyperspective, it combines photovoltaic solarenergy with geotherman energy.4. Drilling a hundred meters for the geothermalsystem probe.5. Photovoltaic collectors.6. Solar thermal collector.7. The hot air passes through the upper floor,vented without energy loss.8. Because of the different materials chosen, thewalls breath naturally and continuosly, this

allows natural ventilation without any energyloss.9. The vents have to be closed to prevent freshair entering the house. The vent can beregulated for ventilation, when needed.10. Indirect solar illumination.11. The house is heatd with direct solarradiation, through the greenhouse effeect and asystem of underfloor heating which is poweredby a geothermal heat pump.

1. La acumulación decalor en las losas y losmuros de carga (inerciatérmica elevada) ymantiene la casacaliente durante el día yla noche con muy pococonsumo energético.

4. Perforación a cien metros parala sonda del sistema geométrico.

5. Recolectores fotovoltaicos.

2. La radiación solardirecta entra en losrincones más profundosde la casa iluminandotodas las habitacionescon luz natural.

3. Es una casa autosuficiente, desde elpunto de visto energético, que combinala energía solar fotovoltaica con laenergía geotérmica.

6. Colector solar térmico.

9. Los respiraderos tienenque estar cerrados paraevitar que el aire frío entreen la casa. El respiraderose puede regular paraventilar cuando seanecesario.

7. El aire caliente pasa por el piso superior, conventilación sin pérdida de energía.

8. Gracias a los distintosmateriales escogidos, lasparedes respiran de formanatural y continua, permi-tiendo una ventilación natu-ral sin pérdida de energía.

11. La casa se calienta con radiaciónsolar directa, por medio del efectoinvernadero y un sistema de calefacciónpor suelo radiante impulsado por unabomba de calor geotérmica.

10. Iluminación solar indirecta.

GREEN2HOUSE 93

AVERAGE HUMIDITY LEVEL / NIVEL HUMEDAD MEDIO

SUMMER / VERANO1. Unas pantallas solaresprotegen la casa de la radiaciónsolar directa.

2. El aire caliente se elevay escapa por las ventanassuperiores de la casa.

3. La casa se enfría por lanoche debido a su altainercia térmica, y se man-tiene fresca a lo largo deldía siguiente sin consumode energía.

4. El aire fresco pasa por lacasa enfriándola.

5. La casa está parcialmente bajotierra, de modo que la temperaturatiende a mantenerse estable y frescadurante el verano.

6. El aire fresco que viene de lascavidades subterráneas pasa por elentrepiso donde se vuelve a enfriar.

7. La radiación solar calienta elvidrio de la chimenea solar. Así,el aire del interior se calienta,se eleva y escapa, creando unflujo de aire dentro de la casa.

8. La azotea verdetiene una inerciatérmica elevada, quealmacena el frescor dela noche y lo liberagradualmente duranteel día, manteniendo lacasa fresca.

9. El aire fresco entraen la cámara que haydebajo del dormitorioprincipal y lo enfríamientras pasa.

1. Sunscreens protect the house from directsolar radiation.2. Warm air rises and escapes through theupper windows of the house.3. The house cools at night due to its highhermal inertia, stays cool throughout the nextday without power consumption.4. Fresh air runs through the house coolin it asit passes by.5. The house is partially undeground so that itstemperature tends to remain stable and coolsthroughout the summer.6. The cool air coming from undergroundcavities passes through the mezzanine where itcools again.7. Solar radiation heats the glass of the solarchimney. Thus, the air inside is heated, rises

and scapes, creating a flow of air inside thehouse.8. The garden roof has a high thermal inertia,that stores the cool from night and releases itgradually during the day keeping the house cool.9. Fresh air enters the chamber beneath themaster bedroom and cools it as it passes.10. Indirect solar illumination.11. The reinforced concrete slabs and loadbearing walls accumulate the grounds coldnessand transfer it to the house continuosly, coolingwithout energy comsumption.12. The air movers throught the undergroundcavities, giving its heat to the ground and coolingon its way.

10. Radiación solarindirecta.

11. Las losas de concreto reforzadas ylos muros de carga acumulan elfrescor del suelo y lo transfieren a lacasa continuamente, enfriándola sinconsumo de energía.

12. El aire se mueve por las cavidades subterráneas, pasán-dole el calor al suelo y enfriándose durante el recorrido.

GREEN2HOUSE 95

Floor #0.

Planta 0.

Floor #2.

Planta 2.

Floor #1.

Planta 1.

Floor #3.

Planta 3.