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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE ARQUITETURA E URBANISMO DE SÃO CARLOS PROYECTO DE INVESTIGACIÓN TÍTULO: ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS Programa de Posgraduación en Arquitectura y Urbanismo - 2015 CANDIDATA: María Pilar Casatejada Gil

ÍNDICE RESUMEN PALABRAS CLAVES

1. INTRODUCCIÓN 1.1. CONCEPTO DE SOSTENIBILIDAD 1.2. LA EFICIENCIA ENERGÉTICA 1.2.1. Herramientas básicas 1.3. EL CONCEPTO DE CONFORT 1.4. LA ARQUTIECTURA BIOCLIMÁTICA 2. SISTEMAS PARA LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS 2.1. ESTRATEGIAS PASIVAS TRADICIONALES 2.2. PROTECCIÓN SOLAR 2.3. VENTILACIÓN NATURAL 2.4. AISLAMIENTO 2.5. MASA TÉRMICA 2.6. FACHADA Y CUBIERTAS VERDES BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL OBJETIVOS MATERIAL Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN FORMA DE ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

PLAN DE TRABAJO Y CRONOGRAMA DE SU EJECUCIÓN

RESUMEN La situación que vive hoy en día el planeta es crítica. Debido a nuestra forma de vida en el que el afán de consumo cobra un papel protagonista en nuestro día a día, nos encontramos en una etapa, en la que la sostenibilidad es nuestra mayor aliada para combatir serios problemas como el cambio climático, el efecto invernadero, la agotabilidad de recursos limitados,... Para hacer frente a esta situación, hay que estudiar con detalle la optimización máxima de la energía y la reutilización de los recursos materiales que haya empleado nuestro edificio, lo que obviamente también derivará en ahorro económico. Pero sin que en ningún momento esto se traduzca en la reducción de confort del usuario o en daño al medio ambiente. Para conseguir este objetivo, no es tan importante la utilización de tecnología novedosa, como lo es una mirada al pasado y a la arquitectura tradicional, que siempre ha sido respetuosa con el medio y ha sabido responder muy bien a las exigencias de la época. Además, a día de hoy, a diferencia de antiguamente, contamos con herramientas que nos indican si vamos por el camino correcto de la sostenibilidad o no, como son los métodos informático o no informáticos que evalúan la eficiencia energética.

PALABRAS CLAVES HÁBITOS

SOSTENIBILIDAD EFECTO INVERNADERO CAMBIO CLIMÁTICO

RECURSOS INNOVACIÓN

CONSUMO

ENERGÍA

ECONOMÍA

ECOLOGÍA

DESARROLLO SOSTENIBLE

CAPITALISMO TECNOLOGÍA

EFICIENCIA

GASES

CONFORT

RESIDUOS

REUTILIZACIÓN

AISLAMIENTO

OPTIMIZACIÓN

ESTRATEGIA PASIVA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

ENVOLVENTE TÉRMICA

TEMPERATURA SENSACIÓN TÉRMICA

1. INTRODUCCIÓN 1.1. CONCEPTO DE SOSTENIBILIDAD Parece que hoy en día, absolutamente todo, cualquier producto de no importa el ámbito al que nos refiramos, nos lo quieren vender como sostenible, aunque este sea completamente insostenible. Es por ello, que para comenzar, debemos aclarar qué es sostenible, y por qué es tan necesario que esté en culaquier producto o actividad que realicemos. Se puede entender por sostenibilidad lo que un día de 1988 dijo Gro Harlem Brundtland: “ser capaces de vivir de tal modo que no se reduzcan las posibilidades de las generaciones futuras” 0. Es decir, si no hiciéramos lo que no quisiéramos que nos hicieran a nosotros, mucho del trabajo estaría resuelto. Por otro lado, Antonio Lafuente intenta aclarar que valores o elementos es esencial que protejamos y preservemos, a través del concepto del “procumun”, lo cual hace referencia a aquello que es de todos y de nadie al mismo tiempo, como puede ser el aire, la luz, el sol, la biodiversidad,... Esta misma idea es rescatada por Michel Serres 1 cuando afirma que al igual que existen los derechos humanos, deberían existir los derechos del planeta. Y es que la conciencia social y los habitos de consumo son una parte fundamental dentro del concepto de sostenibilidad. Pero, ¿por qué es tan importante la sostenibilidad hoy en día? Aunque suene aterrador, el futuro del planeta está en juego. Esta proglemática de nivel mundial comenzó con la Revolución Industrial en la segunda mitad del siglo XVIII, y el revolucionario invento de la máquina de vapor. Esto dio lugar al sistema capitalista, que perdura hasta nuestros días. Desde entonces, la energía consumida es 100 veces mayor a la consumida antes de este periodo en toda la historia de la humanidad 1. Otro de los grandes problemas, es el debido a la inmensa demografía planetaria, que sólo aumenta de forma desmesurada. El siglo XX comenzó con algo más de 1500 millones de habitantes, y hoy en dia se ha cuadruplicado la cifra. Y a día de hoy, ¿qué estamos haciendo a favor de la sostenibilidad? Hay numerosos tratados y cumbres desarrolladas entre los países de todo el mundo. Sin embargo, los resultados obtenidos no son ni por asomo, los que se esperaban. Por citar alguno, el famosísimo protocolo de Kyoto, en el que se acordó que los países ricos debían emitir un 5% menos de gases efecto invernadero, se tradujo en un aumento de un 10% más de lo que ya se emitía. Dicho esto, ¿cómo podríamos afrontar el tema de la sostenibilidad? La mayoría de las teorías apuntan a que existen dos formas de afrontar esta problemática. Por un lado, está la opción del decrecimiento, teoría que existe ya hace más de 30 años, y que se encuentra capitaneada por el economista y pensador francés Serge Latouche 2, quien sostiene que el desarrolllo hoy en día no es posible, ya que todo crecimiento trae consigo demasiados daños medioambientales. Y es que hoy en día, la sociedad está inmersa en una economía capitalista, donde el consumismo es el principal protagonista. Esto a dado lugar a una realidad incorrecta en la que la felicidad y bienestar es sinónimo de consumo. Como apunta Deyan Sudjic 1: “Podemos entender el lujo como una religión. Incluso se puede ver como una droga que se inyecta en tu cerebro y te hace desear las cosas y, como ocurre con otras adicciones, cada vez se necesitan dosis mayores”. Por tanto, esto nos lleva a la reflexión “¿tener o ser?”, en el que se debe reivindicar el valor del “ser” por encima del “tener”. Estas son las bases del decrecimiento, en el que se persigue que vivamos mejor, pero con mucho menos. Por otro lado, existe otra opción menos radical y más extendida que es el desarrollo sostenible. Este está formado por tres conceptos: Economía, Equidad y Ecología 1. Economía. Hoy en día, todo se ha reducido a consumir y almacenar sin límites. Es el corazón del sistema, y nuestro estilo de vida. Lejos quedan ya personajes como San Francisco de Asís o Gandhi, quienes a través de la renuncia de los bienes materiales, han sido insignes ejemplos para la humanidad. 3

Equidad. Para que haya algunos que tengan algo que no es imprescindible, genera una desigualdad en otra parte del planeta, que hace que otra persona no tenga algo que le garantice una vida digna. Y es que hoy en día, existen en todo el planeta 1000 millones de personas que pasan hambre 3. Ecología. El principal problema en este tema, es que aún no hemos admitido que los recursos del planeta son limitados. En las últimas decadas se ha consumido un tercio de los recursos del planeta. Siendo EEUU, con un 5% de la población mundial, los que consumen el 30% del total planetario, convirtiéndose en el país con mayor huella ecológica. A esto, deberíamos incluir problemáticas evidentes como el cambio climático, control de residuos tóxicos, perdida de biodiversidad,... 1.2. LA EFICIENCIA ENERGÉTICA En la mayoría de los países de todo el mundo, los edificios residenciales son los responsables de la mayor cantidad de consumo de energía en el sector de la edificación. Aunque, hay algunos países como es el caso de América del Norte, que es relevante también el porcentaje de consumo asociado a los edificios comerciales y oficinas. Siendo el caso contrario el de los países del África Subsahariana como consecuencia de la escasez del sector industrial y del transporte. En el margen derecho se muestra un gráfico en el que se realiza una comparativa a nivel mundial en el que aparecen los porcentajes de consumo energético en el sector residencial respecto al consumo energético total (Figura 1).

Figura 1. Porcentaje de consumo energético del sector de la edifiación respecto al consumo energético total en distintas zonas del mundo. Fuente: Eficiencia energética en instalaciones y equipamiento de edificios (2010) 4 apud Huovila et ál. (2007).

En el caso particular de los EEUU, según el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), en 2006 había aproximadamente 113 millones de edificios residenciales, que suponían el 21% del consumo de energía primaria y el 20% de las emisiones de dióxido de carbono, con un gasto energético total de 225,6 billones de dólares. Es por ello, que uno de los objetivos del BTP (Building Technologies Program del DOE), sea desarrollar tecnologías y diseños innovadores para desarrollar finalmente edificios de energía cero, es decir, que dentro de un periodo anual produzcan la misma energía que consumen. Como fecha límite para llevar a cabo este programa, han establecido 2020 para edificios residenciales, y 2025 para edificios comerciales (Figura 2). Es importante conocer la distribución del consumo de energía en las viviendas. Lógicamente, esto dependerá de muchos factores: las condiciones climáticas del lugar, de la envolvente térmica del propio edificio, del usuario,... Sin embargo, para realizar un primer acercamiento, en el margen derecho se expone un diagrama de distribución del consumo de energía en las viviendas españolas (Figura 3). Por todo esto, el sector residencial es uno de los que más posibilidades tiene de aumentar su eficiencia energética y conseguir grandes ahorros a través, no únicamente de medidas tecnológicas, sino también de medidas de gestión y de cambios de actitud en referencia al consumo energético. Los tres caminos principales para mejorar la eficiencia energética tanto en viviendas colectivas como viviendas unifamiliares, son: Los hábitos de consumo, la gestión y las medidas tecnológicas 5.

Figura 2. Evolución hacia el objetivo de edificios de energía cero. Fuente: Eficiencia energética en instalaciones y equipamiento de edificios (2010) 4 apud Huovila et ál. (2007).

-Hábitos de consumo: Estas son las medidas más económicas y más eficientes, es decir, son las que reducen más gasto energético. Algunos gestos sencillos como usar el ascensor sólo cuando realmente sea necesario, cerrar puertas y ventanas en invierno, y abrirlas en verano durante las primeras horas del día, son algunos de los hábitos que más nos ayudarán a ahorrar energía. -Gestión: En algunas ocasiones, la buena gestión, mantenimiento y organización de los servicios tanto comunes como privados, permite ahorrar considerablemente en la factura energética. -Medidas tecnológicas: Cada vez son más la aportación de medidas tecnológicas en el ámbito de la eficiencia energética. Sin embargo, estas innovadoras medidas no siempre salen rentables, debido a la fuerte inversión inicial que hay que realizar. Por ello, es importante estudiar cada caso con detalle. 4

Figura 3. Distribución del consumo energético en una vivienda española. Fuente: Eficiencia energética en edificios (2006) 6.

1.2.1. Herramientas básicas Debido a los países que entre sus normativas de construcción de edificios está la de la certificación energética, o incluso debido a la lenta pero continuada concienciación social, el tema de la eficiencia energética se está poniendo en marcha. Ya hay clientes que quieren que sus edificios sean eficientes energéticamente. Sin embargo, ¿cómo hacer que los edificios sean realmente eficientes o cómo rehabilitar los ya existentes para adaptarlos a las nuevas exigencias? Para cuantificar y cualificar cuán eficientes estos edificios son o serán, han aparecido a lo largo de los último 10 años una gran multitud de herramientas que nos ayudan a realizar este procedimiento de una forma más exacta y objetiva. En el margen derecho, se muestra un cuadro con las principales (o al menos las más utilizadas en España) herramientas para la evaluación de la eficiencia energética en los edificios (Figura 4) 7. A continuación se exponen brevemente: - Eco-Quantum: A través de un procedimiento informático, calcula los efectos ambientales globales de edificios residenciales a lo largo de toda su vida, desde la obtención de recursos materiales hasta la demolición o reutilización, conociendo las consecuencias ambientales de cada producto utilizado. Es decir, cuantifica el consumo de recursos utilizados (energía, agua y materiales) y los efectos ambientales producidos (emisiones al aire, al agua y residuos) según los modelos de análisis del ciclo de vida y las bases de datos propias.

Soporte informático Europeo

ECO-QUANTUM ECO-PROFILE

Soporte NO informático

No europeo

BREEAM

Soporte informático

GBC

Soporte NO informático

LEED

Figura 4. Herramientas básicas principales de evaluación de eficiencia energética de edificios. Fuente: Ponencia SB10mad. Una aproximación a la evaluación de la eco‐eficiencia en edificios. Herramientas básicas (2010) 7.

- Eco-Profile: Evalúa el comportamiento ambiental de edificios de oficinas principalmente, sin cuantificar los efectos específicos de sus componenentes materiales. Este método considera tres componentes principales: ambiente exterior, recursos y clima interior, cada uno a su vez subvidivido, da un total de unos 90 parámetros. Este procedimiento consiste en “pesar” datos cuantitativos (consumo energético, materiales, agua, residuos emitidos,...) y cualitativos durante la ejecución del edificio o explotación (gestión de residuos, gestión y uso del agua,...) de cada uno de los parámetros. Finalmente, con un diagrama de barras, se representan las principales categorías de impacto ambiental: Pérdida de recursos, emisiones, consumo de energía y residuos generados. - Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM): Fue desarrollado en Reino Unido, y a día de hoy es el método más reconocido internacionalmente. Se trata de una aplicación holística no informática que permite obtener una valoración ambiental de todo tipo de edificios y reducir el consumo de recursos. La evaluación se basa en la obtención de créditos según criterios del comportamiento ambiental del edificio obteniendo una puntuación final que permite al usuario tener un reconocimiento de su edificio. Entre las medidas que evalúa, se destacan nueve categorías principales: gestión y planeamiento de la construcción, salud y confort, energía, transporte, consumo de agua, materiales, uso del suelo, fauna y flora y contaminación. En el margen derecho, encontramos un ejemplo de edificio comercial con categoría BREEAM Excellent (Figura 5) 8.

Figura 5. Centrum Galerie Dresden (Alemania). Figura 6. Aldo Leopold Legacy Center (EEUU). LEED Platinum BREEAM Excellent en 2006. en 2007. 8 Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) . Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

CRITERIO

- Green Building Challenge (GBC): Es un método informático para la evaluación ambiental de edificios desarrollado a través del consorcio de más de veinte países. Es aplicables tanto a edificios de nueva planta como a reformas. Este método analiza aspectos cualitativos como son el consumo de energía, agua, recursos, el uso del suelo, las emisiones; y aspectos cuantitativos como la calidad del ambiente interior, la salud, la vida de los productos, la gestión y planeamiento de la obra, la minimización del impacto en construcciones adyacentes,...

Consumo de recursos

- Leadership in Energy and Environmental design (LEED): Este es el método de evaluación medioambiental de edificios más desarrollado en EEUU, con el que se conceden certificaciones en función del nivel de impacto medioambiental. Para evaluar este impacto se basa en la obtención de créditos por medio de un cuestionario que depende de: el medio ambiente, la eficiencia en el uso del agua, la energía y la atmósfera, los materiales y recursos, la calidad ambiental interior y la innovación y diseño. En el margen derecho, un conjunto de oficinas con el certificado LEED Platinum (Figura 6) 8.

Calidad del ambiente interior

Debido a su influencia e importancia a nivel mundial, en este trabajo de investigación, se estudiará con más detalle el método inglés BREEAM y el norteamericano LEED. En el margen derecho se observa una tabla resumen de las herramientas analizadas y los criterios que considera cada método (Figura 7) 7. 5

Cargas ambientales

Económicos Sociales

Energía Suelo Agua Materiales Aire Sólido Agua Otros Calidad del aire Confort térmico Confort acústico Iluminación Ciclo de vida

ECO-Q Si Si Si Si Si Si Si

ECO-P Si Si Si Si Si Si Si

MODELO BREE Si Si Si Si Si Si Si

Si Si

GBC Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si

LEED Si Si Si Si Si

Si Si

Figura 7. Criterios que analizan cada una de los métodos mencionados. Fuente: Ponencia SB10mad. Una aproximación a la evaluación de la eco‐eficiencia en edificios. Herramientas básicas (2010) 7.

1.3. EL CONCEPTO DE CONFORT Sin duda, hay muchos aspectos subjetivos que influyen en la percepción personal de confort. Sin embargo, nosotros vamos a hacer hincapié en aquellos parámetros objetivos. Según José María Fernández Salgado 5, son cuatro: la temperatura, la humedad relativa, la radiación y el movimiento del aire. Claro que a esto habría que sumarle otros parámetros más coyunturales como son la vestimenta o la actividad. Para entender bien el concepto de confort, es importante destacar otro aspecto como es la “sensación térmica”, definida como la percepción de calor o frío que manifiesta una persona, independientemente de la temperatura que marque el termómetro. Esta sensación depende tanto de la temperatura del aire, como de la radiación calorífica que emiten las superficies que nos rodean. En el siguiente ejemplo 5 veremos cómo influyen la temperatura superficial de los paramentos en la sensación de confort: si no disponemos de una superficie “caliente” que irradie calor hacia el cuerpo, tendremos que elevar la temperatura del aire de 18 ºC a 21 ºC, con un aumento de energía de un 15 y un 20% para alcanzar la misma sensación de confort. Otro aspecto ya mencionado que hace variar la sensación de confort para una misma temperatura es la humedad relativa. Ya que para temperaturas altas, una humedad relativa baja permite la evaporación del sudor. Con este proceso se absorbe calor del cuerpo y se produce la sensación de “frescor”. Del mismo modo, una humedad relativa alta incrementa la sensación térmica produciéndose la sensación de “bochorno” debido a la ausencia de una correcta transpiración. Por último, el otro factor es el de las corrientes de aire, el cual incluso a una temperatura y velocidad moderada disminuye notablemente la sensación de calor, al favorecer la renovación del aire, permitiendo así una transpiración más cómoda. Por tanto, como conclusión obtenemos que no existe un solo camino hacia el confort basado únicamente en la potencia calorífica o frigorífica. 1.4. LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Tradicionalmente, la arquitectura venía regida por los materiales de la zona y las técnicas constructivas de los obreros del lugar, que con el tiempo se iban perfeccionando. Hasta hace poco tiempo el repertorio de materiales para la construcción era bastante escaso. La piedra, la tierra, el yeso, la cal, la madera y la cerámica eran sin duda los protagonistas. Sin embargo, la poca variabilidad en los materiales, no impedía que se resolviera a la perfección y con economía de medios, las exigencias de la época. Obviamente, estas exigencias a lo largo del tiempo, especialmente en los últimos años, se han visto incrementadas notablemente. Los nuevos modelos de desarrollo han hecho que la industria de la construcción cree y perfeccione nuevas técnicas, materiales y equipos que cubran estas exigencias. Sin embargo, estas nuevas herramientas no deberían disminuir las cualidades de la vivienda tradicional, que con menos medios proporcionaba entornos saludables, confortables y sostenibles con un gasto de energía moderado y adaptándose al lugar. Por tanto, el objetivo principal de la arquitectura bioclimática es hacer un uso eficiente de la energía y de los recursos garantizando unas condiciones de confort y la sostenibilidad del medio ambiente. Esta sostenibilidad no es un concepto actual, ya que tradicionalmente se han utilizado medidas para la reducción de la demanda energética sin la necesidad de una novedosa tecnología.

Podemos decir entonces, que las tres vías principales para ahorrar energía son 5: - Buscar diseños ecoeficientes en las edificaciones - Fomentar el uso de energías renovables - Fomentar el ahorro y la eficiencia en el uso de la energía a través del fomento de equipamientos eficientes, la innovación en materiales y la concienciación de los usuarios. Todo ello, irá ligado en todo momento al confort en la vivienda. Por tanto, la arquitectura bioclimática pretende reducir la demanda de energía, y con ello, los problemas medioambientales, lo que para el usuario se traduce en ahorro en las facturas. Es por tanto, que la arquitectura bioclimática es una forma innovadora de entender la arquitectura, que sobre la base del bagaje tradicional, incorpora las innovaciones tecnológicas, empleando racionalmente los recursos, sin aumentar los costes.

Figura 8. Conil de la Frontera (España). Fuente: Producción propia.

2. SISTEMAS PARA LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICIOS 2.1. ESTRATEGIAS PASIVAS TRADICIONALES

Las estrategias pasivas, que se han venido utilizando tradicionalmente en diferentes puntos del planeta desde hace siglos siguen siendo hoy en día una de las opciones más lógicas y económicas, y sin duda, una de las que mejor se adaptan a las condiciones del entorno. Entre estas condiciones se encuentran: la temperatura, la orientación y el viento de la zona. Tambien, en algunas ocaciones se ha utilizado la orografía para regular térmicamente los interiores o usar materiales naturales de elevada masa térmica o de gran capacidad aislante. En el margen derecho, se muestran varias soluciones “eco-lógica”.

Figura 9. Casas de adobe en el norte de África. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Figura 10. Cubierta de paja en Centroeuropa. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Figura 8: Pueblo en el sur de España, famoso por su imagen uniforme en la que el encalado de todas sus casas tiñen la ladera de la montaña de blanco. El blanco típico de la cultura mediterránea es el color que mejor refleja el sol, ayudando a regular la temperatura en verano. Figura 9 8: Núcleo urbano de adobe en el norte de África. Utilizan el adobe como material natural en la estructura del edificio proporcionando una regulación térmica para climas secos. Figura 10 8: Edificio en Centroeuropa con cubierta de paja de gran capacidad portante. La paja se ha utilizado ancestralmente como material de construcción natural y aislante para asentamientos nómadas. Aún es común encontrarnos en campos cabañas de paja para el almacén de víveres o el cobijo de animales. invierno

Figura 11 8: Se trata de una vivienda soterrada en España. Consigue crear frescor en verano y temperaturas estables en invierno, mediante la acción del soterrado de la vivienda, ya que la masa que recubre el edificio lo protege frente a las temperaturas extremas exteriores. 2.2. PROTECCIÓN SOLAR La propia orientación del edificio en la fase de diseño es la mejor protección solar. Dependiendo de la latitud, los edificios deberán orientarse al sur o al norte para así aprovechar el máximo de horas de sol. Esto conlleva una ganancia solar directa o indirecta en el interior del edificio que repercute indudablemente en el gasto energético de este. En el margen derecho vemos cómo afecta la posición del sol, dependiendo si es verano o invierno en la orientación sur para el hemisferior norte, o norte para el hemisferio sur, siempre tratándose de latitudes medias (Figura 12) 8. 7

verano Figura 11. Vivienda soterrada en España. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Figura 12. Posición del sol (invierno - verano) Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Además, para potenciar esta ganancia solar, hay edificios que intentan aprovechar el efecto invernadero de ventanas en mirador, galerías acristaladas o cerramientos de paños vidridados. En el margen derecho se adjunta el esquema de funcionamiento (Figura 13) 8. Por otro lado, otro sistema para la protección solar, además del propio diseño del edificio y de su correcta orientación, es la incorporación de elementos como toldos, contraventanas, persianas, cortinas, brise-soleil u otros tipos de pantallas solares. Estas técnicas que se vienen utilizando históricamente, han sido suficientes para proteger a los edificios de la radiación solar. Las mejoras tecnológicas explican que principalmente en edificios corporativos o de oficinas se hayan implantado sistemas de celosías o de aberturas regulables automatizadas. Otras opciones son las soluciones que integran la protección solar en la fachada, como es el ejemplo situado en el margen derecho (Figura 14) 8. Otra solución para la protección del sol en los meses de más calor, es la colocación de masas vegetales justo delante de la superficie a proteger. Para una mayor eficiencia, esta vegetación debería ser de hoja caduca, para así dar sombra y protección a la fachada en cuestión durante los meses de verano, mientras que en invierno perdería todo su follaje y permitiría pasar los rayos solares a través de sus ramas, dotando de gran cantidad de luz y radiación solar al interior del edificio. En el margen derecho, se muestra un sencillo esquema de funcionamiento (Figura 15) 8.

Figura 13. Esquema de efecto invernadero. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Figura 14. Ventana con voladizo para protección solar. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

2.3. VENTILACIÓN NATURAL Este mecanismo para generar frescor en el interior de los edificios, es únicamente aconsejable en climas moderados. Se trata de crear una ventilación cruzada, y para ello, debe existir una parte de la vivienda que sea más fresca y otra más caliente, para así, generar una corriente de aire fresco entre ambas que refresque las estancias a su paso. Se adjunta esquema de funcionamiento en el margen derecho (Figura 16) 8. Sin embargo, este sistema sólo funciona en los periodos de primavera y otoño, ya que si el aire exterior es más cálido que el del interior del edificio, este es contraproducente. Los patios andaluces del sur de España, son fundamentales para entender este concepto, ya que desarrollan muy bien la función de ventilación cruzada. Como ejemplo, se dispone en el margen derecho (Figura 17) el patio interior de una casa palacio del s. XVIII en Sevilla (España).

verano

Figura 16. Esquema ventilación cruzada. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8. invierno Figura 15. Protección mediante árbol de hoja caduca. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Además, los patios interior con masa vegetal y láminas de agua, hacen que estos sean mucho más eficientes, ya que crean bolsas de aire fresco protegidos del exterior por los paramentos verticales que conforman el patio, refrescando a todos los locales que lo rodean. Por otro lado, la fachada como cerramiento del edificio puede ser un importante factor para reducir el consumo energético. Ya que hoy en día, hay numerosos sistemas constructivos y patentes en el mercado, relacionados con esta parte del edificio. Algún ejemplo puede ser la fachada ventilada o los sistemas motorizados y automatizados que reaccionan en tiempo real a las variaciones climáticas. Una fachada ventilada acentúa esta condición mediante una estructura de separación, que garantiza una ventilación continuada a lo largo de toda la superficie de la fachada. Estas, incluso pueden llevar incorporadas un sistema de lamas giratorias verticales en el caso de orientación este u oeste, u horizontales en el caso de horientación sur o norte según sea hemisferio norte o hemisferio sur respectivamente. A continuación en el margen derecho, se adjunta un esquema de funcionamiento de este sistema. Se trata de una fachada de doble piel constituida por un muro cortina simple y una capa exterior con lamas de vidrio inclinadas en diferentes ángulos para controlar la radiación solar directa (Figura 18) 8.

Figura 17. Casa Palacio “El Pumarejo” Sevilla (España). Fuente: Producción propia.

Figura 18. Fachada ventilada con doble piel. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

2.4. AISLAMIENTO Hoy en día cada vez los cerramientos tienen menor espesor ya que se quiere tener un aprovechamiento máximo de la superficie útil. Por ello, es muy importante que el paramento tenga un buen aislamiento térmico. Ya que de otro modo, con los materiales que se están utilizando en el presente, no sería suficiente para cubrir las exigencias mínimas de aislamiento. El aislamiento es uno de los elementos clave que determinarán la carga térmica final del edificio. Además de ahorrar energía en forma de calefacción y aire acondicionado, un correcto aislamiento aumenta el confort de la estancia, reduce el riesgo de condensaciones que puede dañar a materiales del edificio e incluso a la salubridad de las personas, evita cambios repentinos de temperatura que pueden causar grietas y mejora la acústica del edificio. En general, un buen aislante se caracteriza por tener baja conductividad térmica (0,03 - 0,05 W/mºC), baja capacidad de absorción de agua, densidad aparente baja, no ser inflamable y no atacable por agentes químicos ni roedores 4. En el margen derecho, tenemos una tabla que muestra las propiedades de algunos materiales aislantes utilizados en los edificios (Figura 19) 4. Para su correcto funcionamiento, es importante que no existan “puentes térmicos”, es decir, aquellos elementos constructivos, defectos o diseños incorrectos que rompen el aislamiento de un cerramiento. Estos pueden ser tuberías, forjados, vigas, cajas de persianas, puertas o ventanas. Casi un 20% de la energía que pierde un edificio lo hace a través de estos elementos mal colocados o diseñados 4. Es por esto, que cada vez sea más importante poner en práctica medidas constructivas que los eliminen como el aislamiento por el exterior o el uso de carpinterías compactas con rotura de puente térmico. En el margen derecho, se expone una imagen con los principales lugares donde se suelen generar más puentes térmicos (Figura 20) 8.

Figura 19. Características de los materiales aislantes. Fuente: Eficiencia energética en instalaciones y equipamientos de edificios (2010) 4 apud Aranda et ál (2006).

En lo referente a las carpinterías, hoy en día, es cada vez más generalizado el uso del vidrio de doble hoja, el cual dará paso en los próximos años al vidrio triple e incluso al acristalamiento con aislamiento al vacío, el cual evita la conducción térmica causada por el gas que está presente en la cámara entre los dos paños que componen el conjunto. 2.5. MASA TÉRMICA Cuanto mayor sea la masa del edificio, más cantidad de calor será capaz de acumular este. El edificio permanece caliente por la noche, gracias a que se ha almacenado calor en los suelos, paredes y techos durante el día, y este se va disipando por la noche. Existen materiales de elevada masa térmica, como el hormigón, el adobe o los bloques de termoarcilla, que tienen la capacidad de desprender lentamente el calor que consiguen retener.

Figura 20. Puntos con puentes térmicos a evitar en la estructrua de un edificio. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Un buen ejemplo que pone en práctica este sistema es el muro Trombe, el cual, basado en el principio del efecto invernadero, consiste en potenciar la acumulación del calor recibido en una pared orientada al sur o norte según esté en el hemisferior norte o el sur respectivamente con una desviación máxima de ±15º. Para una mayor eficacia, este muro se pinta de un color oscuro y se protege con un vidrio por la cara exterior. Este elemento posee orificios en la parte inferior y superior del muro para permitir que el aire más frío procedente del interior se introduzca en la cámara de aire desde la parte inferior, y circule de manera ascendente por medio del fenómeno físico de convección, y salga por el orificio superior con una temperatura superior de nuevo hacia el interior. De este modo, como la masa térmica del muro acumuló el calor del día, este irá entregándolo lentamente al interior del local a lo largo de la noche 5. En el margen derecho se adjunta un esquema de funcionamiento del muro Trombe (Figura 21) 8. Figura 21. Esquema muro Trombe. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

2.6. FACHADAS Y CUBIERTAS VERDES Los elementos vegetales en la cubierta o la fachada representan un sistema pasivo de control térmico, ya que purifican el aire, refrescan el interior durante el dia y regulan los cambios de temperatura por las noches. Las especies que se planten deben ser autóctonas y de bajo mantenimiento. Las opciones son variadas: una cubierta vegetal, una cubierta en aljibe y una fachada o pared vegetal en el interior de la vivienda. En el margen derecho se adjunta las capas de una cubierta ajardinada (Figura 22) 8 y una fachada vegetal (Figura 23) 8. Por otro lado, se están ampliando las investigaciones ya no solo hacia el ahorro energético, sino también hacia el ahorro de agua. El crecimiento demográfico del medio urbano, asociado a los nuevos modelos de comportamiento social frente al agua, está propiciando un aumento considerable del consumo de este recurso. Por ello, es importante que ya desde la fase de diseño se creen sistemas de aprovechamiento óptimo de los recursos hídricos. Por ello, el ámbito del tratamiento de aguas grises supone una oportunidad para la propuesta de nuevas estrategias innovadoras, sostenibles y funcionales aplicables al ámbito doméstico, ya que se podrían reutilizar para otras funciones en las que no se requiere agua potable. Según datos del Instituto Nacional de Estadística, mientras el consumo diario en lavabos y duchas es de 60 litros/persona (INE 2005), la descarga de inodoros requiere una media diaria de 45 litros/persona (INE 2005), lo que prácticamente equipara ambos consumos. Si se incluye el agua de lavadoras, el aporte diario a la red de saneamiento se incrementa hasta los 138 litros/persona. Valores que justifican el tratamiento de las aguas grises para su reutilización en inodoros y riego. De este modo, se consigue una reducción mayor a la mitad del consumo total, tanto en gasto de agua potable como en el volumen vertido a la red de saneamiento.

Figura 22. Capas de una cubierta ajardinada. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

Figura 23. Fachada vegetal. Fuente: Arquitectura y eficiencia energética (2011) 8.

En estos datos se basan quienes estudian la posibilidad de depurar las aguas grises en la cubierta del edificio por medio de la fitodepuración, la cual consiste en la limpieza del agua contaminada mediante procesos biológicos. Es en las raíces de las plantas donde se desorrallará este proceso. Por ello, últimamente se ha optado por la utilización de macrofitas en flotación, para de este modo aumentar la superficie de contacto de raíces‐bacterias con el agua, optimizando el volumen de depuración y disminuyendo el peso. Este sistema ha ido adquiriendo mayor fuerza ya que la única energía necesaria es la generada por la acción fotosintética de las plantas. Respecto al sistema de funcionamiento, se propone un sistema centralizado de recogida y tratamiento, en el que las aguas grises de cada vivienda, procedentes de ducha/bañera, bidé, lavabo y lavadora, son recogidas por una red separativa. Posteriormente, se pasan por un prefiltro para así eliminar los sólidos en suspensión y se llevan hasta un depósito primario. Una vez al día se impulsan a otro depósito centralizado, donde desde ahí se mandan ya a los bancales de tratamiento. Estos bancales consisten en módulos prefabricados donde se localizan las macrofitas en flotación, de tal manera que forman un circuito por el que pasarán las aguas grises para optimizar así el contacto con las raíces de las plantas acuáticas 9.

Figura 24. Sistema industrializado de fitodepuración. Fuente: Ponencia SB10mad. Cubiertas planas fitodepuradoras. Propuesta de gestión de aguas grises en altura, para barrios de alta y media densidad (2010) 9.

Este proceso tiene un periodo de duración de 7 días 10, tras los cuales el agua es expulsada y almacenada para su posterior utilización en inodores y grifos de riego. En el margen derecho se observan los modelos de funcionamiento de este sistema (Figura 24 y 25) 9. Por último, este sistema también traería como ventaja la desaturación de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales de las ciudades, ya que, como en el caso de España, en periodo de lluvias las EDAR reciben un volumen de aguas contaminadas mayor del que pueden llegar a depurar.

Figura 25. Esquema de funcionamiento global del edificio. Fuente: Ponencia SB10mad. Cubiertas planas fitodepuradoras. Propuesta de gestión de aguas grises en altura, para barrios de alta y media densidad (2010) 9.

BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL Lorenzo Barno Martínez y Agnieszka Stepien, editor. Cubiertas planas fitodepuradoras. Propuesta de gestión de aguas grises en altura, para barrios de alta y media densidad. Sustainable Building Conference SB10mad; 29/04/2010; Madrid; 2010. apud Nuestro futuro común (1987‐1988), Gro Harlem Brundtland. 0

Lorenzo Barno Martínez y Agnieszka Stepien, editor. Cubiertas planas fitodepuradoras. Propuesta de gestión de aguas grises en altura, para barrios de alta y media densidad. Sustainable Building Conference SB10mad; 29/04/2010; Madrid; 2010. 1

Aranda Usón A. Eficiencia energética en instalaciones y equipamiento de edificios: eficiencia energética. 1ª ed. Zaragoza: Prensas Universitarias de Zaragoza; 2010. 4

Fernández Salgado JM. Eficiencia energética en los edificios. 1a ed. Madrid: A. Madrid Vicente; 2011.

Rey Martínez FJ, Velasco Gómez E, de León Medina S, Varela Díez F. Eficiencia energética en edificios: certificación y auditorías energéticas. Madrid: Thomson-Paraninfo; 2006. 6

Carmen Llatas Oliver, Antonio García Martínez, Alessandro Roveri y Ricardo Huete Fuerte, editor. Una aproximación a la evaluación de la eco‐eficiencia en edificios. Herramientas básicas. Sustainable Building Conference SB10mad; 28/04/2010; Madrid; 2010. 7

Costa Duran S. Arquitectura y eficiencia energética =Architectura & energy efficiency. Barcelona: Loft; 2011.

Alberto Gómez González, Mariana Chanampa, César Bedoya Frutos y Javier Neila González, editor. Cubiertas planas fitodepuradoras. Propuesta de gestión de aguas grises en altura, para barrios de alta y media densidad. Sustainable Building Conference SB10mad; 29/04/2010; Madrid; 2010. 9

OBJETIVOS Los objetivos a conseguir en este trabajo es esencialmente el mayor conocimiento sobre las técnicas y sistemas que ayuden a obtener una mayor eficiencia energética en los edificios. Para ello, se profundizará más en bibliografía relacionada con los sistemas anteriormente mencionados en el trabajo, y se investigará sobre nuevos sistemas o se alterarán los ya existentes para conseguir una mayor eficiencia con esos cambios. Sin perder de vista en ningún momento, el fin principal que es obtener la mayor eficiencia y el mayor confort para los usuarios de los edificios, utilizando los mínimos recursos, tanto económicos como materiales. Además, se prestará especial atención en que estos sistemas a desarrollar para una mayor eficiencia energética, en todo momento sean respetuosos con el medio ambiente y no sólo favorezcan al usuario del edificio, sino al desarrollo de la ciudad en su conjunto. Para concluir, y desarrollar una conclusión del trabajo, se desarrollará una parte práctica en la que se tendrá como objetivo principal, comparar de forma cuantitativa y cualitativa dos formas de hacer arquitectura: una será la que se ha venido desarrollando hasta ahora (esto se hará cogiendo como ejemplo un caso real), y otra será una arquitectura bioclimática más considerada con el medio ambiente, en la que además se perseguirá una óptima eficiencia energética.

MATERIAL Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN Los materiales a utilizar para esta investigación en un principio tendrán un carácter más teórico, como es la bibliografía específica de los temas relacionados. Cuando se tenga un conocimiento teórico suficientemente extenso sobre los sistemas de eficiencia energética a investigar, se procederá al desarrollo de un caso práctico de edificio público o de fácil acceso de la ciudad de São Carlos. Para ello, primero se recogerán “in situ” los datos necesarios que sean posibles, y si fuera preciso, se procedería a hacer uso del laboratorio del IAU para la obtención de datos no directos. Posteriormente a esta recogida de datos, se introducirán en el programa de cálculo CYPE. Este es un software técnico de cálculo de estructuras, instalaciones, gestión de la construcción,... que se desarrolló en España en el año 1983, y hoy en día es sin duda el programa más utilizado en este país en materia de Ingeniería y Arquitectura. Ya que se trata de realizar una comparación energética en un mismo edificio utilizando los sistemas previamente estudiados que para ese caso de estudio en concreto se prevean que serán los más eficientes con un menor coste y los métodos utilizados hoy en día, se crearán dos modelos de cálculo en el programa CYPE, para obtener así una conclusión final con datos reales que atiendan a recursos consumidos y presupuesto empleado. Finalmente, el modelo de cálculo en el que se han aplicado todas las modificaciones oportunas, será analizada su eficiencia energética real mediante los sistemas evaluación de eficiencia energética “BREEAM” (sistema inglés) y “LEED” (sistema norteamericano).

FORMA DE ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS El análisis de los resultados se harán mediante la comparación de los datos obtenidos del programa CYPE, en el que, de una propuesta a otra, se habrán cambiado varios parámetros como color de fachada, orientación de aberturas en cerramiento, diferentes tipo de carpintería y vidrio, aislamiento utilizado en los muros exteriores, incorporación de ventilación cruzada o de sistema de fachada ventilada,... Además de todos estos sistemas, que se traducen en ahorro de energía, también se estudiarán métodos más innovadores en el ahorro de agua, como es la fitodepuración de aguas grises. 12

PLAN DE TRABAJO Y CRONOGRAMA DE SU EJECUCIÓN El trabajo se desarrollará en las siguientes etapas: -Etapa 1: Cumplimiento de créditos de las asignaturas. -Etapa 2: Profundización en la bibliografía específica sobre estrategias de eficiencia energética. -Etapa 3: Elección del caso práctico de estudio y toma de datos. -Etapa 4: Generación del modelo de cálculo y entrada de datos reales en el programa CYPE. -Etapa 5: Desarrollo de las estrategias energética estudiadas en la etapa 1 y/o nuevas propuestas o modificaciones de estas, que sean más eficientes más económicas para el edificio elegido. -Etapa 6: Generación del nuevo modelo de cálculo y entrada de datos con los parámetros de mejora propuestos. -Etapa 7: Comparación de los resultados de ambos modelos. -Etapa 8: Análisis del modelo propuesto con el método BREEAM. -Etapa 9: Análisis del modelo propuesto con el método LEED. -Etapa 10: Conclusión del trabajo. -Etapa 11: Estructuración de la disertación y defensa. AÑO 2015 ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3 ETAPA 4 ETAPA 5 ETAPA 6 ETAPA 7 ETAPA 8 ETAPA 9 ETAPA 10 ETAPA 11 13

AÑO 2016