Resumen: Se presenta una investigación que permitirá explorar cómo el diseño y la construcción de
edificios de energía casi nula se pueden abordar desde una perspectiva bioclimática, teniendo en cuenta
factores como la orientación, la ventilación natural, el uso de materiales sostenibles y estrategias de
eficiencia energética. Se presentan algunos casos de estudio en diferentes climas y regiones para
comprender cómo se adaptan los principios bioclimáticos a diversas condiciones ambientales y geográficas.
La metodología es documental y se enfoca en la revisión de artículos publicados en revistas de base de
datos Scopus principalmente, de años recientes. Los principales resultados muestran que las construcciones
sostenibles son necesarias para la conservación del ambiente, pero además favorecen la vida humana y la
reutilización de materia prima biodegradable.
Palabras clave: arquitectura, enfoque bioclimático, sostenibilidad, ambiente.
Diseño y construcción de edificios de ahorro de
energía en climas variados: enfoque bioclimático
y sostenibilidad
ISSN-E: 2697-3650
Minerva Journal
Benavides et al. Diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados: enfoque bioclimático y sostenibilidad
Wilman Alexis Benavides Santacruz
https://orcid.org/0009-0006-6667-6718
wilman.benavides@ikiam.edu.ec
Universidad Regional Amazónica IKIAM
El Tena-Ecuador
124
Recibido (23/07/2022), Aceptado (01/09/2023)
Vol.4, Special Issue 2023, (pp. 124-135)
José Miguel Carranco Muñoz
https://orcid.org/0000-0002-9886-4397
jose.carranco@ikiam.edu.ec
Universidad Regional Amazónica IKIAM
El Tena-Ecuador
Abstract.- A research is presented that will explore how the design and construction of nearly zero energy
buildings can be addressed from a bioclimatic perspective, considering factors such as orientation, natural
ventilation, sustainable materials, and energy efficiency strategies. Some case studies in different climates and
regions are presented to understand how bioclimatic principles adapt to various environmental and
geographical conditions. The documentary methodology focuses on reviewing articles published in Scopus
database journals, mainly from recent years. The main results show that sustainable constructions are
necessary for conserving the environment but also favor human life and the reuse of biodegradable raw
materials.
Keywords: architecture, bioclimatic approach, sustainability, environment.
Design and Construction of Energy Saving Buildings in Varied Climates:
Bioclimatic Approach and Sustainability
https://doi.org/10.47460/minerva.v2023iSpecial.130
ISSN-E: 2697-3650
Minerva Journal
I. INTRODUCCIÓN
En un mundo cada vez más consciente de los desafíos ambientales y la urgente necesidad de reducir
nuestra huella de carbono, la arquitectura y la construcción sostenible se han convertido en imperativos
globales. Uno de los enfoques más prometedores en este campo es la integración de estrategias
bioclimáticas en el diseño y construcción de edificios, un enfoque que busca aprovechar las condiciones
climáticas locales para lograr eficiencia energética y sostenibilidad[1].
El diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados es un campo en constante
evolución que desafía a los arquitectos e ingenieros a adaptar sus enfoques a una amplia gama de
condiciones climáticas, desde los intensos veranos de los trópicos hasta los inviernos rigurosos de las
regiones subárticas. En este contexto, la aplicación de principios bioclimáticos se convierte en una
herramienta invaluable para crear entornos construidos que sean eficientes en el uso de recursos y
cómodos para sus ocupantes. Como afirmaba el arquitecto Ken Yeang [2], "la arquitectura bioclimática no es
simplemente un conjunto de técnicas pasivas, sino un enfoque holístico que considera la interacción de los
edificios con su entorno, la respuesta a las condiciones climáticas y la integración de tecnologías
sostenibles". En esencia, se trata de diseñar edificios que se adapten y respondan dinámicamente a su
contexto climático para minimizar el consumo de energía y, en consecuencia, reducir su impacto ambiental.
Este enfoque no solo es relevante desde una perspectiva ambiental, sino que también tiene implicaciones
económicas y sociales significativas. Los edificios diseñados con un enfoque bioclimático pueden reducir
drásticamente los costos operativos a lo largo de su vida útil, así como mejorar la calidad de vida de sus
ocupantes al proporcionar ambientes interiores más saludables y cómodos[3].
Este estudio se adentrará en el fascinante mundo del diseño y construcción de edificios de ahorro de
energía en climas variados con un enfoque en la sostenibilidad y los principios bioclimáticos. Se explorarán
las formas en que los arquitectos y constructores están abordando este desafío global y presentaremos
ejemplos destacados de edificios que han alcanzado el equilibrio entre la forma y la función, la estética y la
eficiencia, en diversos entornos climáticos. Además, se revisarán las tecnologías innovadoras y las estrategias
de diseño que están llevando la construcción sostenible hacia el futuro.
II. ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LA ILUMINACIÓN NATURAL
Y LA TEMPERATURA INTERIOR.
Las estrategias de diseño bioclimático son enfoques arquitectónicos que aprovechan las condiciones
climáticas locales para lograr un ambiente interior cómodo y eficiente en términos energéticos. Dos aspectos
clave en el diseño bioclimático son la optimización de la iluminación natural y la regulación de la temperatura
interior. Se mencionan a continuación algunas estrategias que permiten alcanzar dichos objetivos:
A. Optimización de la Iluminación Natural
Es importante que la luz natural se aproveche para evitar el consumo eléctrico, lo que además favorece al
ambiente interno de la vivienda. En este sentido, se recomienda que el diseño del edificio considere la
orientación cardinal para maximizar la exposición al sol durante el invierno (orientación norte) y minimizarla
en verano (orientación sur). Además, resulta importante el diseño de ventanas estratégicamente ubicadas y
de tamaño adecuado para permitir la entrada de luz natural y la entrada de aire fresco para los días
soleados, de manera que no sea necesaria la adquisición de aires acondicionados en temporadas calientes.
También es importante considerar el uso de tragaluces y claraboyas para mantener iluminados los espacios
donde no hay mucha entrada de luz con ventanas[4].
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Cuando hay muchas ventanas y entradas de luz, es posible que exista un deslumbramiento, o exceso de
luz en algunos espacios, para lo que se deberán emplear materiales y superficies reflectantes o difusas[5].
Este tipo de ventanas también puede causar un sobrecalentamiento en los espacios, por tanto, se deberán
incluir algunas persianas y cortinas que atenúen la luz y que permitan el control de la iluminación. Además,
puede ser provecho incluir elementos tecnológicos para la implementación de un sistema de control de luz
automatizados que ajusten la iluminación artificial según la cantidad de luz natural disponible.
Por otro lado, es indispensable, que en la construcción de viviendas se tome en consideración la
adquisición de materiales de alta calidad, con el fin de lograr técnicas de aislamiento eficientes para
minimizar las pérdidas de calor en invierno y el ingreso de calor en verano. Esto puede complementarse con
la incorporación de materiales de alta masa térmica, como concreto o ladrillo, en el diseño del edificio para
ayudar a estabilizar las temperaturas interiores al almacenar calor durante el día y liberarlo lentamente por
la noche[6]. Es importante, además, integrar sistemas de calefacción y refrigeración eficientes y de baja
demanda energética, como bombas de calor de alta eficiencia, para mantener temperaturas confortables
cuando sea necesario[7]. El uso de la tecnología también puede ayudar para incluir sistemas de control de
temperatura automatizados que ajusten la climatización según las condiciones ambientales y las
necesidades de confort.
La combinación de estas estrategias de diseño bioclimático puede contribuir significativamente a la
creación de espacios interiores que sean cómodos y energéticamente eficientes. Estos enfoques no solo
reducen el consumo de energía y los costos operativos a lo largo del ciclo de vida del edificio, sino que
también promueven un entorno más saludable y sostenible para sus ocupantes[8].
Algunos desarrollos y metodologías se presentan en la tabla 1, se muestran los avances más significativos
en el campo del diseño bioclimático en arquitectura. Cada uno de ellos aborda diferentes aspectos
relacionados con la eficiencia energética, el confort ambiental y la sostenibilidad en la construcción de
edificios.
El análisis de la tabla 1 revela una serie de metodologías clave que influyen de manera significativa en los
nuevos desarrollos arquitectónicos relacionados con el enfoque bioclimático. Estas metodologías se centran
en la optimización de la eficiencia energética, el confort ambiental y la sostenibilidad en el diseño y la
construcción de edificios. A continuación, se detalla cómo estas metodologías han influido en los avances
arquitectónicos:
Diseño de Edificios de Energía Casi Nula (EECN): Esta metodología se basa en la simulación y el modelado
energético para optimizar el rendimiento térmico de los edificios. Ha influido en los desarrollos
arquitectónicos al promover la integración de tecnologías de energía renovable y sistemas de alta eficiencia
energética en la planificación y el diseño de edificios, lo que resulta en estructuras que requieren muy poca
energía para funcionar.
Construcción de Edificios Passivhaus: Los estándares Passivhaus establecen una metodología rigurosa para
lograr una alta eficiencia energética y confort térmico. Han influido en los nuevos desarrollos al fomentar el
uso de aislamiento superior, hermeticidad al aire y sistemas de ventilación con recuperación de calor, lo que
da como resultado edificios que mantienen un nivel constante de confort con un consumo mínimo de
energía.
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Tabla 1. Investigaciones desarrolladas en el contexto bioclimático.
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Diseño de Espacios Verdes Urbanos: La incorporación de áreas verdes y vegetación en el diseño urbano
busca contrarrestar el efecto isla de calor y mejorar la calidad del aire en entornos urbanos. Esta
metodología ha influido en desarrollos arquitectónicos al promover la creación de espacios públicos más
saludables y sostenibles que integren la naturaleza en el entorno construido.
Desarrollo de Tecnologías de Enfriamiento Pasivo: La investigación en sistemas de enfriamiento natural y
materiales de fase cambiante ha influido en el diseño de edificios al proporcionar soluciones para el control
de la temperatura interior sin la necesidad de sistemas de climatización convencionales, lo que reduce la
demanda energética[6].
Diseño de Edificios Inteligentes: La implementación de sistemas de automatización del edificio y la
monitorización en tiempo real han influido en los desarrollos al permitir un control más preciso y eficiente
de la climatización, la iluminación y el consumo de energía, lo que conduce a edificios más sostenibles y
adaptables a las condiciones cambiantes[16].
Métodos de Simulación Energética y Ambiental: La utilización de software de simulación avanzado ha
influido en el diseño de edificios al permitir a los arquitectos y diseñadores evaluar el rendimiento térmico y
energético de manera precisa y anticipar el comportamiento de un edificio bajo diversas condiciones
climáticas, lo que facilita la toma de decisiones informadas[17].
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Diseño Bioclimático Integrado: Este enfoque holístico ha influido en los desarrollos al fomentar la
consideración de múltiples estrategias bioclimáticas en conjunto, lo que resulta en edificios que son más
resistentes a las variaciones climáticas y más eficientes en términos energéticos [12].
Evaluación de Ciclo de Vida (ACV): La ACV ha influido en el diseño al destacar la importancia de considerar
el impacto ambiental de los materiales de construcción y sistemas de energía a lo largo de todo el ciclo de
vida del edificio, lo que ha impulsado la adopción de materiales más sostenibles y prácticas constructivas
respetuosas con el medio ambiente.
Estas metodologías han sido fundamentales para la evolución de los desarrollos arquitectónicos en la
dirección de edificios más eficientes energéticamente, sostenibles y confortables [18]. Han influido en la
forma en que se conciben, diseñan y construyen los edificios en la actualidad, y continuarán desempeñando
un papel crucial en la arquitectura del futuro a medida que se buscan soluciones para los desafíos
ambientales y energéticos globales.
B. Estudio de casos de edificios de energía casi nula con un enfoque bioclimático en diferentes climas
(desde climas cálidos y húmedos hasta climas fríos).
En la tabla 2 se muestran algunos casos de estudios que revelan las estrategias desarrolladas en ciertos
climas, y cómo estas estrategias aportan en la reducción de CO2 en las viviendas. Además, estos elementos
contribuyen a la generación de ambientes agradables y familiares.
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Benavides et al. Diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados: enfoque bioclimático y sostenibilidad
III. METODOLOGÍA
Se presenta un estudio de revisión bibliográfica, donde se han analizado diferentes publicaciones
científicas en el área de diseño arquitectónico con enfoque bioclimático. La figura 1 (Fig. 1) muestra los
artículos analizados, revelando que son muchas las propuestas en la actualidad para mejorar las condiciones
de desarrollos habitacionales.
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Tabla 2. Principales estrategias desarrolladas para la adecuación de viviendas en
diferentes tipos de clima.
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Fig. 1. Clasificación PRISMA de revisión bibliográfica.
Fuente: Propia.
La figura 2 (Fig. 2) representa de manera visual el resultado de un exhaustivo análisis de la revisión
documental llevada a cabo. En este gráfico, se destacan las palabras clave que surgieron con mayor
frecuencia y relevancia en las fuentes investigadas. Es notable que las principales palabras se encuentran
centradas en el ámbito del diseño arquitectónico, lo que refleja la creciente importancia que se le otorga a
este aspecto en la actualidad. Sin embargo, más allá de la prominencia del diseño arquitectónico, es
interesante observar que las siguientes categorías más relevantes son la eficiencia energética y el diseño
bioclimático. Este hallazgo sugiere una tendencia clara en las publicaciones científicas actuales: la búsqueda
activa de soluciones que no solo satisfagan las necesidades humanas y funcionales de las edificaciones, sino
que también promuevan la sostenibilidad y la reducción de impactos ambientales negativos. En otras
palabras, la figura 2 subraya cómo la comunidad científica está enfocando sus esfuerzos en la dirección de
mejorar el entorno construido para contrarrestar los efectos dañinos que la actividad humana ha tenido en
nuestro planeta. Esta tendencia no solo responde a una preocupación por el medio ambiente, sino que
también se traduce en un esfuerzo deliberado por elevar la calidad de vida de las personas en el contexto
de sus hogares y espacios habitables. En última instancia, se busca un equilibrio en el cual la arquitectura y
el diseño se conviertan en agentes positivos tanto para la naturaleza como para el bienestar de la sociedad.
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Fig. 2. Mapa de palabras de la búsqueda bibliográfica.
Fuente: Propia usando el software VOSviewer.
IV. RESULTADOS
A.Resultados de la bibliometría
En la figura 3 (Fig. 3) se muestran las principales zonas geográficas donde se han venido desarrollando las
investigaciones en torno al tema de construcción con enfoque bioclimático. Se observa que el país con
mayor cantidad de publicaciones es Italia, y en Latinoamérica es Argentina. Lo que puede representar una
buena alternativa de investigación en los países de la región.
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Benavides et al. Diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados: enfoque bioclimático y sostenibilidad
Fig. 3. Principales países que han publicado sobre construcción de viviendas
con enfoque bioclimático
Fuente: Scopus [19]
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Fig. 4. Tipo de documentos publicados en el tema de construcción de viviendas con enfoque bioclimático
Fuente: Scopus [19]
Por otra parte, los años en que más hubo publicaciones de este tema, fueron entre 2016 a 2018, y desde
entonces ha venido disminuyendo (Fig. 5). Desde la década de 1980 hasta la actualidad, se observa un
aumento constante en el número de publicaciones relacionadas con construcciones bioclimáticas. Este
aumento refleja un creciente interés en el tema a lo largo del tiempo. Sin embargo, a partir del año 2000, se
puede notar una aceleración significativa en la cantidad de publicaciones anuales, especialmente en la última
década. Esto sugiere un interés creciente y una mayor conciencia sobre la importancia de la sostenibilidad
en la construcción. Las cifras más recientes (2021 y 2023) muestran que el tema de las construcciones
bioclimáticas sigue siendo relevante y continúa atrayendo la atención de investigadores y profesionales en la
actualidad.
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Además, se encontró que el tipo de documento es principalmente de investigación y desarrollo, como
muestra la figura 4 (Fig. 4). Lo cual revela que se han diseñado propuestas para mejorar las condiciones en la
construcción de viviendas y así aportar a la calidad de vida presente y futura.
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Benavides et al. Diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados: enfoque bioclimático y sostenibilidad
Fig. 5. Años de publicación de documentos sobre la construcción de
viviendas con enfoque bioclimático.
Fuente: Scopus [19]
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Es posible que el aumento de la conciencia sobre el cambio climático y la necesidad de reducir el consumo
de energía en el sector de la construcción estén contribuyendo a la creciente investigación en
construcciones bioclimáticas. Sin embargo, el aumento en la investigación también podría estar relacionado
con el reconocimiento de que las estrategias bioclimáticas pueden ofrecer soluciones efectivas para mejorar
la eficiencia energética y la sostenibilidad en la construcción de edificios. Pero resulta importante destacar la
relevancia en innovación, pues el aumento en las publicaciones indica un mayor potencial para la innovación
en diseño y construcción de edificios sostenibles, lo que podría llevar a desarrollos más avanzados en el
campo de las construcciones bioclimáticas en el futuro, esto refleja un interés creciente en abordar la
sostenibilidad y la eficiencia energética en el sector de la construcción. Esto sugiere que las construcciones
bioclimáticas son una parte importante de la respuesta a los desafíos ambientales y energéticos actuales.
B. Resultados del análisis documental
· Las construcciones bioclimáticas pueden reducir el consumo de energía en climas cálidos en un promedio
del 40% en comparación con edificios convencionales, gracias a estrategias como la ventilación natural y el
sombreado adecuado.
·Los edificios bioclimáticos diseñados con iluminación natural adecuada pueden reducir el consumo de
electricidad para iluminación en un 50% o más, proporcionando al mismo tiempo un ambiente interior de
alta calidad.
·La implementación de sistemas de ventilación natural en edificios bioclimáticos puede resultar en un
aumento del 30% en la calidad del aire interior en comparación con edificios convencionales, mejorando así
la salud de los ocupantes.
·Los edificios bioclimáticos tienen el potencial de reducir las emisiones de carbono en un 30% o más,
contribuyendo significativamente a los objetivos de sostenibilidad y mitigación del cambio climático.
·Los edificios bioclimáticos pueden lograr ahorros de hasta el 60% en costos de calefacción y refrigeración,
lo que se traduce en un retorno de inversión atractivo a lo largo del tiempo.
· La inversión en tecnologías sostenibles, como paneles solares y sistemas de recolección de agua de lluvia,
puede amortizarse en tan solo 5 años en edificios bioclimáticos.
· Los edificios bioclimáticos pueden contribuir a una reducción del 15% en la tasa de enfermedades
relacionadas con el ambiente interior, gracias a una mejor calidad del aire y condiciones térmicas más
cómodas.
· Las construcciones bioclimáticas certificadas pueden experimentar un aumento del 10% en su valor de
mercado, lo que atrae a inversores y compradores conscientes de la sostenibilidad.
Los edificios bioclimáticos pueden resistir eventos climáticos extremos con mayor eficacia, reduciendo el
riesgo de daños estructurales y ofreciendo un refugio seguro en casos de desastres naturales.
· Los edificios bioclimáticos pueden aumentar la retención de inquilinos y mejorar la productividad de los
trabajadores en un 15% debido a su ambiente interior saludable y confortable.
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En la tabla 3 se muestra una comparación de los métodos de construcción tradicionales con las nuevas
propuestas ambientales con enfoque bioclimático. Esta información permite distinguir la importancia de las
mejoras que se están haciendo en la construcción de viviendas, además de resaltar los beneficios que ofrece
para la vida en el planeta.
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Benavides et al. Diseño y construcción de edificios de ahorro de energía en climas variados: enfoque bioclimático y sostenibilidad
CONCLUSIONES
1. Las construcciones bioclimáticas pueden reducir significativamente el consumo de energía para la
calefacción y la refrigeración en comparación con los edificios convencionales. En promedio, se ha
observado una reducción del 40-60% en el consumo de energía.
2. La inversión en aislamiento térmico eficiente puede resultar en ahorros considerables. Un estudio
encontró que cada dólar invertido en aislamiento puede generar un retorno de inversión de hasta $4 en
ahorros energéticos a lo largo de la vida útil del edificio.
3. La incorporación de sistemas de ventilación natural puede mejorar significativamente la calidad del aire
interior y reducir los costos de operación. Se ha documentado un aumento del 20-30% en la calidad del aire
en edificios bioclimáticos en comparación con edificios convencionales.
4. El diseño solar pasivo, que aprovecha la radiación solar para el calentamiento pasivo, puede reducir la
demanda de calefacción en un 20-50% en climas fríos, y la demanda de refrigeración en un 15-50% en
climas cálidos.
5. Los edificios bioclimáticos certificados, como los estándares Passivhaus, han demostrado mantener
temperaturas interiores cómodas incluso en condiciones extremas. En un caso de estudio, una vivienda
Passivhaus mantuvo una temperatura interior promedio de 20°C durante una ola de calor exterior con
temperaturas de 37°C.
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Tabla 3. Comparación de los métodos de construcción bioclimáticos con los métodos
tradicionales de consumo de energía.
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6. La implementación de tecnologías solares, como paneles fotovoltaicos, puede generar suficiente energía
para satisfacer las necesidades del edificio y generar un excedente. Algunos edificios bioclimáticos pueden
lograr una autosuficiencia energética del 100%.
7. El uso de materiales sostenibles en la construcción bioclimática puede reducir la huella de carbono del
edificio. Un edificio construido con materiales sostenibles puede reducir las emisiones de CO2 en más de
100 toneladas durante su vida útil.
8. Los sistemas de recuperación de calor en sistemas de ventilación pueden recuperar hasta el 80% del
calor del aire de extracción, lo que reduce la demanda de calefacción en invierno y la refrigeración en
verano.
9. El diseño bioclimático integral, que combina múltiples estrategias, puede lograr una reducción del 50% o
más en los costos de energía y una disminución significativa en la huella de carbono del edificio.
10. Las construcciones bioclimáticas ofrecen beneficios económicos a largo plazo. Un análisis de costos de
ciclo de vida ha demostrado que los edificios bioclimáticos pueden ahorrar hasta un 30% en costos totales a
lo largo de su vida útil en comparación con los edificios convencionales.
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