Energía y arquitectura
El Ayuntamiento de Londres, de
Norman Foster.
La eficiencia energética es una
de las principales metas de la arquitectura sustentable, aunque no la única.
Los arquitectos utilizan diversas técnicas para reducir las necesidades
energéticas de edificios mediante el ahorro de energía y para aumentar su
capacidad de capturar la energía del sol o de generar su propia energía.
Entre estas estrategias de diseño
sustentable se encuentran la calefacción solar activa y pasiva, el
calentamiento solar de agua activo o pasivo, la generación eléctrica solar, la
acumulación freática o la calefacción geotérmica, y más recientemente la
incorporación en los edificios de generadores eólicos.
Las consideraciones especificadas
se refieren tanto a aspectos concernientes a los materiales utilizados,
tecnologías utilizadas para obtener una mayor eficiencia energética de la
vivienda y las técnicas de construcción.
El impacto ambiental del diseño
edilicio, su construcción y operación son enormes. Como ejemplo, los edificios
en los Estados Unidos son responsables del 39% de las emisiones de CO2, del 40%
del consumo de energía primaria, el 13% del consumo de agua potable y el 15% de
PBI por año.
La casa pasiva estándar combina
una variedad de técnicas y tecnologías para alcanzar un uso ultra-bajo de la
energía.
Calefacción eficiente
Los sistemas de climatización (ya
sea calefacción, refrigeración o ambas) son un foco primario para la
arquitectura sustentable porque son típicamente los que más energía consumen en
los edificios. En un edificio solar pasivo el diseño permite que éstos
aprovechen la energía del sol eficientemente sin el uso de ciertos mecanismos
especiales, como por ejemplo: células fotovoltaicas, paneles solares,
colectores solares (calentamiento de agua, calefacción, refrigeración,
piscinas), valorando el diseño de las ventanas. Estos mecanismos especiales se
encuadran dentro de los denominados sistemas solares activos. Los edificios
concebidos mediante el diseño solar pasivo incorporan la inercia térmica
mediante el uso de materiales de construcción que permitan la acumulación del
calor en su masa térmica como el hormigón, la mampostería de ladrillos comunes,
la piedra, el adobe, la tapia, el suelo cemento, el agua, entre otros (caso
muro Trombe). Además es necesario utilizar aislamiento térmico para conservar
el calor acumulado durante un día soleado. Además, para minimizar la pérdida de
calor se busca que los edificios sean compactos y se logra mediante una
superficie de muros, techos y ventanas bajas respecto del volumen que
contienen. Esto significa que los diseños muy abiertos de múltiples alas o con
forma de espina deben ser evitados prefiriendo estructuras más compactas y
centralizadas. Los edificios de alta compacidad tradicionales en los climas muy
fríos son un buen modelo histórico para un edificio energéticamente eficiente.
Las ventanas se utilizan para
maximizar la entrada de la luz y energía del sol al ambiente interior mientras
se busca reducir al mínimo la pérdida de calor a través del cristal (un muy mal
aislante térmico). En el hemisferio sur implica generalmente instalar mayor
superficie vidriada al norte para captar el sol en invierno y restringir al
máximo las superficies vidriadas al sur. Esta estrategia es adecuada en climas
templados a muy fríos. En climas cálidos a tropicales se utilizan otras
estrategias. El uso del doble vidriado hermético (DVH) reduce a la mitad las
pérdidas de calor aunque su costo es sensiblemente más alto. Es recomendable
plantar delante de las ventanas orientadas a los cuadrantes NO-N-NE, árboles de
hojas caducas para bloquear el sol excesivo en verano y a su vez permitir el
paso de la luz solar en invierno cuando desaparecen sus hojas. Las plantas
perennes se plantan a menudo al sur del edificio para actuar como una barrera
contra los fríos vientos del sur. Estas orientaciones son válidas para el
hemisferio Sur, debiéndose invertir en el caso del Norte.7
Enfriamiento eficiente
Cuando por condiciones
particulares sea imposible el uso del refrescamiento pasivo, como por ejemplo,
edificios en sectores urbanos muy densos en climas con veranos cálidos o con usos
que implican una gran generación de calor en su interior (iluminación
artificial, equipamiento electromecánico, personas y otros) será necesario el
uso de sistemas de aire acondicionado. Dado que estos sistemas usualmente
requieren el gasto de 4 unidades de energía para extraer 1 del interior del
edificio, entonces es necesario utilizar fuertes y activas estrategias de
diseño sustentable. Entre otras:
Adecuada protección solar en
todas las superficies vidriadas.
Evitar el uso de vidriados en
techos.
Buen aislamiento térmico en
muros, techos y vidriados.
Concentrar los espacios de gran
emisión de calor (ejemplo: computadoras, cocinas, etc) y darles buena
ventilación.
Sectorizar los espacios según
usos.
Utilizar sistemas de aire
acondicionado con certificación energética a fin de conocer cuan eficientes
son.
Ventilar los edificios durante la
noche.
Con esto se colaborará en reducir
el calentamiento global y el agujero de ozono en la atmósfera.
Refrescamiento pasivo
Techo pirámide con acción combinada
del Efecto Venturi y termodinámica del aire para ventilación pasiva de salón
subterráneo para 500 personas, por Ibo Bonilla
En climas muy cálidos donde es
necesario el refrescamiento el diseño solar pasivo también proporciona
soluciones eficaces. Los materiales de construcción con gran masa térmica
tienen la capacidad de conservar las temperaturas frescas de la noche a través
del día. Para esto es necesario espesores en muros o techos que varían entre
los 15 a 60 cm y así utilizar a la envolvente del edificio como un sistema de
almacenamiento de calor. Es necesario prever una adecuada ventilación nocturna
que barra la mayor superficie interna evitando la acumulación de calor diurno.
Puede mejorarse significativamente la ventilación en el interior de los locales
con la instalación de una chimenea solar
Durante el día la ventilación
debe ser mínima. Así al estar más frescos los muros y techos tomarán calor
corporal dando sensación de frescura.
En climas muy cálidos los
edificios se diseñan para capturar y para encauzar los vientos existentes,
particularmente los que provienen de fuentes cercanas de humedad como lagos o
bosques. Muchas de estas estrategias valiosas son empleadas de cierta manera
por la arquitectura tradicional de regiones cálidas.
Producción de energías
alternativas en edificios
Las energías alternativas en la
arquitectura implican el uso de dispositivos solares activos, tales como
paneles fotovoltaicos o generadores eólicos que ayudan a proporcionar
electricidad sustentable para cualquier uso. Si los techos tendrán pendientes
hay que tratar de ubicarlas hacia el mediodía solar con una pendiente tal que
optimice la captación de la energía solar a fin que los paneles fotovoltaicos
generen con la eficacia máxima. Para conocer la pendiente óptima del panel
fotovoltaico en invierno (cuando el día es más corto y la radiación solar más
débil) hay que restar al valor de la latitud del lugar el ángulo de la altura
del sol. La altura del astro la obtendremos de una carta solar. Se han construido
edificios que incluso se mueven a través del día para seguir al sol. Los
generadores eólicos se están utilizando cada vez más en zonas donde la
velocidad del viento es suficiente con tamaños menores a 8 m de diámetro. Los
sistemas de calefacción solar activos mediante agua cubren total o parcialmente
las necesidades de calefacción a lo largo del año de una manera sustentable.
Los edificios que utilizan una combinación de estos métodos alcanzan la meta
más alta que consiste en una demanda de energía cero y en los 80s se
denominaban autosuficientes. Una nueva tendencia consiste en generar energía y
venderla a la red para lo cual es necesario contar con legislación específica,
políticas de promoción de las energías renovables y programas de subsidios estatales.
De esta forma se evitan los costos excesivos que representan los sistemas de
acumulación de energía en edificios. Uno de los ejemplos más notables es la
Academia de Mont-Cenis [21] [22] en Alemania de los arquitectos Jourda &
Perroudin inaugurado en 1999.
Otras formas de generación de
energía basadas en fuentes renovables son la energía solar térmica (para
calefacción, agua caliente sanitaria y aire acondicionado), biomasa o incluso
la geotérmica. Lo ideal para garantizar el suministro energético durante todo
el año, bajo condiciones climáticas y ambientales cambiantes, es combinar las
diferentes fuentes.
Rascacielos sostenibles:
arquitectura verde
Es posible una arquitectura de
rascacielos que respete el medio ambiente y sobre todo que sea sostenible, como
es el caso de la arquitectura vertical. Se produciría a partir de los propios
recursos del edificio, los cuales serían áreas como todo tipos de departamentos
y establecimientos, pero con autosuficiencia con energía renovables y no contaminantes.
Resumiendo, los rascacielos pueden ser adaptados a la arquitectura verde y
sostenible.
La arquitectura verde no se
refiere sólo a la implantación de vegetales y plantas en construcciones y
edificaciones urbanas, como se ha considerado tradicionalmente, sino también a
la dedicación de técnicas basadas en la sostenibilidad y energías renovables.
El término verde no sólo es el de las plantas, sino el color de todo un
movimiento a favor cuidar el medio ambiente y por tanto nuestra vida, nuestro
planeta.
Reciclado energético
La alternativa más económica para
conseguir un edificio energéticamente eficiente es incluyendo desde la fase de
proyecto el tema. Pero es posible tomar un edificio existente y mediante una
técnica denominada de reciclado energético conocida por su raíz anglosajona
como retrofit10 dar al edificio un nuevo ciclo de vida sustentable.
Entre las primeras tareas se
encuentra la de realizar una auditoría energética para conocer cuales son las
entradas y salidas de energía al edificio como sistema, siempre buscando
mantener el confort higrotérmico, la salubridad y la seguridad.
