Mejorar la eficiencia energética de los edificios públicos

Para mejorar la eficiencia energética de los edificios públicos se pueden utilizar diferentes soluciones basadas en la naturaleza y os lo queremos mostrar con este estudio con el cual realizamos un par de propuestas.

¿Cómo se mejora la eficiencia energética de los edificios públicos existentes?

Básicamente los factores que determinan la eficiencia energética de un edificio existente son tres:

1. La envolvente del edificio.
2. Los sistemas de apoyo para lograr el bienestar térmico.
3. La procedencia de la energía empleada en esos sistemas de apoyo.

Mejorar la eficiencia energética a través de su envolvente

Para mejorar la eficiencia energética de los edificios públicos a través de su envolvente, se puede actuar sobre tres aspectos: la transmitancia de los elementos constructivos que componen la envolvente; el control solar; y la permeabilidad al aire.

Actuar sobre la transmitancia de los elementos constructivos que componen la envolvente implica, en la mayoría de los casos, sustitución de elementos como carpinterías, vidrios, etc, o la adición de elementos, como por ejemplo, sistemas de fachada tipo SATE para mejorar el comportamiento térmico de las fachadas y cubierta y evitar puentes térmicos. Como podéis imaginar, estas actuaciones son muy costosas económicamente, y van ligadas al parámetro de la permeabilidad al aire, ya que carpinterías más herméticas unidas a sistemas de ventilación controlada con recuperadores de calor, suponen menores pérdidas de energía.

Mejorar la eficiencia energética a través del control solar

El otro aspecto sobre el que se puede actuar es el control solar.

Debido a las características del edificio y a los requerimientos del cliente, la propuesta debía focalizarse en este aspecto. De modo que el análisis de los datos debía realizarse desde este punto de vista.

Si bien hay muchos métodos para realizar este tipo de análisis, en el equipo de SingularGreen nos gusta realizarlo a través de un modelo en 3 dimensiones. De modo que el primer paso de la fase de análisis es el modelizado del edificio. A continuación lo geolocalizamos y le ponemos la orientación correcta.

Ejemplo de estudio de soleamiento de un edificio público

Con este ejemplo de simulación del soleamiento de un edificio público, os queremos mostrar de una forma más visual, un mejor entendimiento de cómo funciona un edificio desde el punto de vista energético y podemos proceder a su análisis.

FOTO

Muro cortina fachada Sur

El muro cortina de la fachada Sur de este ejemplo de edificio público, constituye la principal fuente de iluminación natural de los despachos y oficinas situados en esta zona del edificio, mientras que el retranqueo de la cuarta planta, sirve para iluminar, de forma natural a través de un hueco que cruza todas las plantas de forma vertical, el núcleo de comunicaciones peatonal del edificio. Es decir, que el muro cortina en las plantas segunda y tercera, van ligadas a zonas de trabajo, mientras que en el retranqueo de la cuarta planta, está destinado a proporcionar luz natural al interior del edificio. Gracias al modelo del edificio en 3 dimensiones, se realizó un estudio de simulación de radiación solar para estudiar la incidencia de la misma y sus ángulos de penetración en la envolvente. En los meses de invierno, la trayectoria de la radiación solar en su altitud es más baja que en los meses de verano, y su ángulo de trayectoria en azimut es menor. En los meses más cálidos, los ángulos de altitud y azimut se incrementan, haciendo que la radiación que penetra en el edificio sea mucho mayor. En proporción, la carga térmica recibida es mucho mayor, provocando que haya que recurrir a una mayor dependencia de sistemas de apoyo como el aire acondicionado.

¿Qué sensación tienen los usuarios que trabajan en la fachada sur?

Durante los meses de invierno, el recibir la carga térmica del sol favorece el confort térmico en el interior de los despachos. La molestia en este caso era el ángulo de incidencia durante ciertos periodos de tiempo, en que causaba deslumbramientos. Esta problemática puntual era fácilmente solucionable con un sistema de sombreamiento interior como estores. Sin embargo, en los meses más calurosos, la incidencia de la radiación solar aumenta considerablemente la carga térmica del edificio, haciendo que las condiciones de confort en el interior, sean inviables sin la ayuda de sistemas de apoyo de consumo energético. En este período, el ángulo de incidencia solar es mayor respecto a la horizontal, como también el mayor su tiempo de exposición debido al aumento de ángulo azimut. Por último, estaba la problemática de que, en definitiva, se trata de un muro cortina, y la mayor ventaja que aporta, aparte de la iluminación natural que proporciona, son las vistas que ofrece.

Por tanto, las soluciones para esta fachada de muro cortina Sur, debían permitir la penetración de la radiación durante los meses de invierno, proporcionar sombraje para evitar la penetración de la radiación solar durante los meses de verano, y salvaguardar las vistas que el muro cortina ofrece.

Muro cortina fachada Oeste

Por otro lado, el muro cortina de la fachada Oeste, proporciona una fuente de iluminación natural al edificio, al estar vinculado al núcleo de comunicaciones. Sin embargo, en los meses calurosos, debido al ángulo de incidencia y a la cantidad de tiempo de exposición, aumenta de manera considerable la carga térmica del edificio.

Por tanto, la solución para esta fachada, teniendo en cuenta sus condiciones, debía proporcionar un sistema de sombreamiento frente a la horizontalidad de la incidencia solar y, a la vez, ser capaz de mantener su funcionalidad dentro del conjunto del edificio, es decir, seguir proporcionando luz natural al mismo.

Propuestas para mejorar la eficiencia energética de los edificios públicos

Propuesta 1: Jardines verticales para la mejora de la eficiencia energética del edificio público, en el muro cortina de la fachada Sur.

Teniendo en cuanta los análisis realizados en la envolvente del edificio y los datos extraídos de las conversaciones mantenidas con los usuarios, se concluyó que la solución para esta fachada debía cumplir:

Que la solución propuesta debía permitir la penetración de la radiación solar para ayudar a la carga térmica del edificio durante los meses fríos, disminuyendo así la necesidad de apoyo en sistemas de consumo energético para conseguir el confort de los usuarios.

• La solución propuesta debía proteger y evitar la penetración de la mayor parte de la radiación solar durante los meses cálidos, impidiendo el aumento de la carga térmica del edificio y ayudando así a minimizar el uso de sistemas de apoyo de consumo energético para conseguir el grado de confort de los usuarios.
• La solución debía mantener la funcionalidad del muro cortina, que proporciona iluminación natural y vistas a los usuarios.

Descripción de la solución propuesta de jardines verticales para mejorar la eficiencia energética de los edificios públicos

Con las solicitaciones extraídas de los análisis y expuestas en el punto anterior, se elaboró una propuesta que consiste en una serie de siete volúmenes perpendiculares al muro cortina de la fachada Sur a modo de lamas fijas, que tienen jardines verticales por ambas caras. Estos volúmenes van separados de la fachada aproximadamente un metro, y tienen unos dos metros y medio de anchura, lo que les proporciona una entidad tal, que proporciona una barrera para la radiación solar en gran parte de su recorrido horizontal o ángulo de azimut. Los jardines verticales van unidos entre sí mediante unas pasarelas que tienen cuatro funciones: la realización de labores de mantenimiento de los jardines; la conducción de instalaciones de riego; una función estructural que arriostra las estructuras verticales frente a las solicitaciones horizontales como el viento y el sismo; y por último, proporcionar sombra evitando la penetración de la radiación solar puntual cuando los ángulos de azimut sean perpendiculares al muro cortina y sus ángulos de altitud sean elevados respecto a la horizontal, hecho que se da en los meses calurosos.

Por tanto, la solución propuesta permite en los meses fríos el paso de parte de la radiación solar al ser los ángulos de incidencia respecto a la horizontal más bajos y su recorrido en planta más corto en ángulo y tiempo. En los meses cálidos impide la incidencia de la radiación solar gracias a la entidad de sus jardines verticales en gran parte de su recorrido horizontal, más prolongado en el tiempo que en los meses fríos. Además, el jardín situado más al Oeste, tiene una mayor dimensión, llegando hasta la fachada del edificio para evitar la incidencia del molesto sol de la tarde de los meses calurosos, cuyo ángulo descendente tiene un mayor índice de penetración a través de la fachada del edificio.

Desde otro punto de vista, gracias a sus pasarelas, las horas puntuales del día en que los ángulos de incidencia son paralelos a los jardines, se impide también la penetración de la radiación cuando los ángulos solares son más altos respecto a la horizontal.

Por otro lado, la propuesta permite conservar las vistas desde el interior, proporcionando además un complemento estético gracias a la introducción de vegetación.

Por último, la propuesta introduce una serie de beneficios y ventajas derivadas de las soluciones basadas en la naturaleza, y que serán expuestas en un punto posterior.

Propuesta 2: Cobertura vegetal de estructura ligera en el muro cortina de la fachada Oeste.

Teniendo en cuanta los análisis realizados en la envolvente del edificio y la funcionalidad de los elementos que componen la envolvente del edificio, se concluyó que la solución para esta fachada debía cumplir:

• Conservar la función de este muro cortina de proporcionar iluminación natural al interior del edificio en su núcleo de comunicaciones.
• Disminuir la radiación solar, y por ende la carga térmica introducida en el edificio, a través de este elemento en los meses de verano, pero permitir el paso de la radiación solar para mejorar la carga térmica en invierno.

Descripción de la Solución propuesta

La solución para esta fachada, al igual que las solicitaciones para la misma, son diferentes a las de la fachada Sur, ya que por un lado, este muro cortina no va ligado a espacios de trabajo, sino a un espacio abierto dentro del edificio que sirve como núcleo de comunicaciones; y por otro lado, los ángulos de incidencia de la radiación solar son mucho más bajos respecto a la horizontal que los de la fachada Sur, por lo que elementos verticales perpendiculares a la fachada u horizontales, no proporcionarían protección ni respondería a las necesidades.

Por otro lado, tampoco se puede colocar un elemento opaco paralelo a la fachada, que protegería al edificio de la penetración solar, pero invalidaría el muro cortina y la penetración de luz natural.

Por tanto, para esta propuesta, se ha optado por una solución de estructura ligera y que funcionalmente, lo que hace es tamizar o disminuir la radiación solar que penetra a través del muro cortina.

La propuesta consiste en la colocación en la fachada de una serie de cerchas estructurales de aluminio separadas de la fachada una distancia suficiente como para permitir la apertura de las ventanas, que abren hacia afuera, unidas verticalmente por un entramado de cables tensados de escasa sección, cuya función es la de servir de soporte o superficie de crecimiento para que plantas trepadoras, plantadas en jardineras corridas sujetas a las cerchas de aluminio, formen una superficie vegetal que tamice la luz, impidiendo a gran parte de la radiación solar, penetrar en el edificio a través del muro cortina, pero sin impedir el paso de la luz natural.

Se ha optado por esta solución en parte porque la estructura y el impacto de la misma en el edificio es muy bajo al ser una solución muy ligera, minimizando así el impacto económico de la propuesta.

Por otro lado, el equipo de SingularGreen ha seleccionado especies vegetales trepadoras de hoja caduca, para que en los meses de invierno, la radiación solar pueda penetrar mejor en el edificio para mejorar su carga térmica y disminuir así el consumo de los sistemas de apoyo.

Beneficios añadidos y ventajas de las soluciones basadas en la naturaleza

Los beneficios y ventajas añadidas gracias a la introducción de soluciones basadas en la naturaleza, proporcionan diversos beneficios:

• La posibilidad de introducir vegetación en espacios como fachadas, favorecen el entorno urbano inmediato, donde una solución más tradicional no hubiese tenido cabida.
• Disminuir los niveles de contaminación ambiental.
• Reactivar el espacio público y mejorar la calidad de vida de los habitantes.
• Recuperación de espacios verdes y aumento de la biodiversidad.