Cohousing Can Modolell - Nearly Zero Energy Building
Tesis de Maestría
Arquitectura y Sostenibilidad: Diseño, Simulación y Control de Edificios nZEB
Universidad Politécnica de Catalunya
2022-2023
Equipo de trabajo: Acevedo Romina, Cesanelli Sofia, Gutierrez Guillem, Molina Gabriel.
El proyecto resuelve una residencia pensada para personas de la tercera edad. El edificio busca configurarse como un nodo dentro del barrio de Sant Just Desvern, en la ciudad de Barcelona, ofreciendo nuevas circulaciones, espacios públicos y puntos de encuentro. El programa se enfoca en brindar un espacio habitacional de calidad y promover la creación de vínculos entre los residentes para mejorar su calidad de vida. Mediante áreas comunes y espacios de encuentro, se busca fomentar la interacción social y el sentido de comunidad.
Con un enfoque en la arquitectura bioclimática y el uso de materiales de bajo impacto, y apostando a la construcción modular y prefabricada, se logra maximizar la eficiencia energética del edificio y reducir su huella de carbono.
Partiendo de un estado inicial, se reducen las demandas energéticas a través de la optimización del edificio. Posteriormente se cubre gran parte de estas demandas con la energía fotovoltaica producida insitu, alcanzando la categoría de Near Zero Enery Building. Finalmente, si excluimos los aparatos internos y la iluminación, como establece el código técnico de edificación de España, el edificio llega a la categoría de un Enery PLUS, ya que produce más energía de la que consume.
Durante el proceso del análisis del sitio, se realizó un estudio minucioso de las condiciones climáticas del lugar, que resultó en la elección de las estrategias bioclimáticas que sustentan los ejes troncales del proyecto.
ESTRATEGIAS PASIVAS
Las 4 estrategias clave del proyecto para mejorar la eficiencia energética y el confort ambiental incluyen ventilación cruzada, que optimiza el flujo de aire natural, la protección y captación solar, para evitar ganancias solares en verano y maximizarlas en invierno, aislamiento térmico de la envolvente, para minimizar pérdidas y ganancias de calor, y la incorporación de vegetación que actúa como regulador térmico, minimizando pérdidas y ganancias de calor.
EL PROYECTO
El proyecto se materializa como un bloque compacto, buscando reducir la superficie en contacto con el exterior con el objetivo de minimizar el intercambio térmico.
Dicho bloque se implanta paralelo al eje este - oeste para asegurar condiciones uniformes de asoleamiento, ventilación y visuales en todas las unidades. Posteriormente se plantea el retroceso y rotación del volumen, con el objetivo de reducir la contaminación acústica de la autopista, creando un espacio verde que funciona como amortiguador vegetal y aumenta la superficie de suelos permeables para favorecer el ciclo natural del agua y el refrescamiento evaporativo.
El proyecto se materializa adoptando un sistema constructivo de módulos prefabricados de paneles de madera laminada (CLT), garantizando la eficiencia en tiempos y recursos durante la construcción y posibilitando el desmonte y reutilización de los materiales al finalizar el ciclo de vida del edificio. Estos módulos se rotan perpendicularmente hacia el sur con el fin de controlar de manera más eficiente la radiación solar tanto en verano como en invierno, así como también capturar las brisas provenientes del sur en épocas estivales. Cada uno de estos módulos cuenta con una doble fachada, que permite la ventilación cruzada en el interior de las viviendas.
Se incorporan balcones dimensionados para controlar la incidencia solar, evitando el ingreso de radiación en verano y favoreciendo la captación en invierno. En la parte trasera del edificio, se proyecta una circulación semicubierta que funciona a la vez como una extensión al aire libre de las unidades, dotando al proyecto de sectores de esparcimiento que fomentan la integración social.
La planta baja se concibe como un espacio abierto a la ciudad, buscando la continuidad e integración del jardín frontal con el espacio público existente y ofreciendo un área pública semicubierta, especialmente pensada para crear un espacio de sombra durante el verano. La envolvente del edificio de diseñó con especial rigurosidad, previniendo infiltraciones, puentes térmicos y asegurando la estanqueidad del aire.
PLANOS DE ARQUITECTURA
Planta Sótano
Planta Baja
Planta Tipo
Corte Transversal
Corte Longitudinal
Vista Sur
Vista Norte
Se desarrollan 2 tipologías que responden a 1 o 2 módulos acoplados, para resolver unidades de 1 y 2 dormitorios respectivamente.
El "cohousing" es un modelo de vivienda colaborativa donde un grupo de personas decide vivir juntas en un espacio diseñado para fomentar la interacción y colaboración. Cada hogar es privado, pero los espacios comunes se comparten para promover la comunidad y el apoyo mutuo. Los residentes participan en decisiones sobre el diseño y la gestión de la comunidad, creando así comunidades más sostenibles y colaborativas.
En el caso del "cohousing senior," enfocado en personas de la tercera edad, se busca promover la independencia y la vida activa, con viviendas diseñadas considerando la accesibilidad y la seguridad. La participación en actividades compartidas combate el aislamiento social y contribuye a la salud mental y física de los residentes mayores. De la misma manera, el hecho de vivir en comunidad brinda una red de apoyo natural, reduce costos individuales y se centra en la salud y el bienestar con programas adaptados a las necesidades de las personas mayores.
ANÁLISIS Y SIMULACIÓN ENERGÉTICA DEL EDIFICIO
Se realiza el estudio de sombras proyectadas en los solsticios de invierno, verano y equinoccios.
Se estudia la radiación solar incidente en todas las fachadas del edificio y se verifica el buen funcionamiento del alero en la fachada sur, que permite la captación solar en invierno y evita las ganancias solares en verano.
Se estudia la incidencia solar en las aberturas de todas las fachadas y se identifica que, por un lado la fachada norte, a pesar de la incorporación de los aleros, recibe incidencia solar durante los meses de septiembre y octubre, que resultan en ganancias térmicas no deseadas. Por otro lado, las aberturas en las fachadas este y oeste reciben radiación solar directa durante la mañana y la tarde respectivamente que afectan al balance térmico del edificio.
Para resolver esto, se incorporan lamas horizontales móviles en la cara exterior de los balcones de la fachada sur, y cortinas de enrollar exteriores en las fachadas este y oeste.
Se verifica la incidencia positiva de la incorporación del sistema de lamas horizontales móviles en un software de simulación energética.
Los resultados finales evidencian una optimización significativa en el funcionamiento energético del edificio con la incorporación de las protecciones solares móviles.
Se estudia los niveles de Day Lay Factor (FIN) en las distintas unidades y se verifica el optimo nivel de iluminación natural en la mayoría de las viviendas.
VENTILACIÓN NATURAL
Para lograr una ventilación natural eficiente, se propone una circulación semicubierta, permitiendo una doble fachada en las viviendas que asegure la ventilación cruzada en todas las unidades. Si bien la apertura manual de ventanas podría ser una suficiente, se sugiere incorporar un sistema de rejillas automatizadas que se activen en condiciones específicas, garantizando el acondicionamiento natural de los departamentos siempre que las condiciones climáticas lo permitan y reduciendo en gran medida la dependencia del sistema de refrigeración. Dado que el proyecto está destinado a personas de la tercera edad, esta automatización no solo colabora a reducir los consumos, sino que también garantiza el confort de los usuarios que dispongan de movilidad reducida.
Los análisis en el software de simulación revelan que la ventilación a través de las rejillas no solo es suficiente para la renovación del aire y el mantenimiento de temperaturas confortables, sino que además permite un mejor control de las brisas, mejorando significativamente la comodidad del usuario (bajamos de 160 ren/h a 40 ren/h en los momentos pico).
El estudio de CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) nos muestra claramente cómo la ventilación natural en los momentos pico es capaz de mantener las temperaturas de confort sin necesidad de recurrir al sistema de refrigeración.
Los resultados de la simulación energética anual del edificio nos demuestran que la implementación de una estrategia de ventilación natural automatizada reduce las demandas de refrigeración en un 53%.
DISEÑO CIRCULAR
El diseño circular en la construcción es una filosofía que busca optimizar el uso de recursos, reducir residuos y fomentar la sostenibilidad a lo largo del ciclo de vida de un edificio. Se centra en la idea de cerrar los ciclos de materiales, permitiendo la reutilización, el reciclaje y la recuperación de componentes al final de la vida útil de la construcción. En lugar de un enfoque lineal de "tomar, hacer, desechar", el diseño circular promueve un sistema más regenerativo, donde los materiales se mantienen en uso durante el mayor tiempo posible, contribuyendo así a la eficiencia y la minimización del impacto ambiental.
Para la materialización del proyecto se opta por materiales que contribuyen a reducir la huella ecológica del edificio, como la madera, que se considera carbono negativo en el contexto de la construcción debido a su capacidad para almacenar carbono a lo largo de su ciclo de vida. Los árboles absorben dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera durante su crecimiento mediante el proceso de fotosíntesis, utilizando la energía solar para convertir el CO2 en carbono, que se incorpora a la madera.
Cuando se utiliza la madera como material de construcción, este carbono almacenado permanece retenido en la estructura del edificio, actuando como un sumidero de carbono a largo plazo. En contraste, los materiales de construcción no renovables, como el acero y el concreto, implican emisiones significativas de carbono durante su producción.
Además, si se gestiona de manera sostenible, la silvicultura adecuada puede promover la regeneración de los bosques, continuando el ciclo de absorción de carbono. Por lo tanto, la madera se considera una opción respetuosa con el medio ambiente que contribuye a reducir las emisiones netas de carbono en comparación con materiales menos sostenibles.
Cuando se utiliza la madera como material de construcción, este carbono almacenado permanece retenido en la estructura del edificio, actuando como un sumidero de carbono a largo plazo. En contraste, los materiales de construcción no renovables, como el acero y el concreto, implican emisiones significativas de carbono durante su producción.
Además, si se gestiona de manera sostenible, la silvicultura adecuada puede promover la regeneración de los bosques, continuando el ciclo de absorción de carbono. Por lo tanto, la madera se considera una opción respetuosa con el medio ambiente que contribuye a reducir las emisiones netas de carbono en comparación con materiales menos sostenibles.
Sistema de Madera Contralaminada
El contralaminado de madera CLT es un sistema constructivo prefabricado consistente en tablas de madera aserrada y encolada en capas a 90 grados. Las tablas se encolan a alta presión formando paneles macizos de tamaños y grosores variables según la luz o las cargas que deben soportar, se encolan de 3 a 7 capas superpuestas, asegurando un eficaz comportamiento estructural. El hecho de que las capas se superpongan perpendicularmente las unas a las otras, permite conseguir rigidez estructural en ambas direcciones.
Revestimiento de Madera Carbonizada
La estructura, desarrollada completamente en CLT es revestida en el exterior con madera carbonizada, también conocida como "madera quemada" o "shou sugi ban" en japonés. Esta presenta grandes beneficios para un material expuesto a la intemperie, como resistencia a la descomposición, durabilidad y resistencia al fuego. La carbonización puede realizarse con métodos más sostenibles, utilizando calor y técnicas específicas en lugar de tratamientos químicos dañinos, lo que hace que la madera carbonizada sea una opción más respetuosa con el medio ambiente.
Aislamiento térmico con fibras de madera
El aislante térmico de fibras de madera ofrece numerosos beneficios en construcción. Su eficiencia energética mejora la retención térmica, promoviendo la eficiencia energética durante todo el año. Además, su origen renovable y biodegradable lo convierte en una opción sostenible. La resistencia al fuego, la regulación de la humedad, la fácil instalación y la durabilidad son aspectos que lo destacan. También contribuye al aislamiento acústico, mientras que su baja toxicidad favorece un ambiente interior saludable. La adaptabilidad en diversas aplicaciones y su valor estético, gracias a la textura natural de las fibras, completan sus ventajas, convirtiéndolo en una elección integral para la construcción.
Conductividad térmica λD [W/(m*K)] 0,036
Conductividad térmica λD [W/(m*K)] 0,036
Paneles prefabricados de Hormigón
Por la necesidad de generar masa térmica en el interior de las unidades y un forjado que aloje las cañerías del sistema de refrigeración y calefacción, se adopta un sistema que mantiene intactas sus características estructurales, facilitando su ensamblaje en obra y contribuyendo a la reducción de emisiones de CO2 al emplear materiales reciclados provenientes de obras de demolición. Esta elección no solo minimiza la generación de polvo y reduce el ruido, sino que también disminuye la necesidad de movimientos innecesarios en el lugar de construcción. Además, estos paneles mejoran significativamente el aislamiento acústico y optimizan la eficiencia energética gracias a su masa térmica.
ESTUDIO DE LA ENVOLVENTE
Cada componente de la envolvente del edificio fue analizado individualmente para evaluar su impacto en el rendimiento energético. Este estudio detallado permitió identificar las características óptimas de cada elemento, desde materiales de revestimiento hasta sistemas de aislamiento. Con esta información, se buscó combinar estas composiciones de manera sinérgica, con el objetivo de maximizar la eficiencia energética y minimizar al máximo las demandas energéticas del edificio.
ESTRATEGIAS ACTIVAS
Además de las estrategias bioclimáticas se implementan estrategias activas para maximizar la eficiencia energética del edificio. Un sistema de renovación de aire con intercambiador de calor garantiza una calidad del aire interior óptima, mientras que un sistema de acondicionamiento con bomba de calor mediante aerotermia aprovecha fuentes renovables para la climatización. La instalación de paneles fotovoltaicos contribuye a la generación de energía limpia y sostenible, reduciendo la dependencia de fuentes convencionales.
Asimismo, se incorpora un sistema de recolección de agua de lluvia y recuperación de aguas grises, promoviendo la gestión sostenible del agua y la reducción del consumo. Estas medidas no solo resaltan el compromiso con la eficiencia energética, sino que también subrayan la adopción de prácticas sostenibles que contribuyen al cuidado del medio ambiente.
La bomba de calor con aerotermia es un sistema de climatización que aprovecha la energía térmica contenida en el aire para transferirla al interior de un edificio para calefacción o para extraer el exceso de calor del interior para refrigeración. Este proceso se basa en el principio de la termodinámica y utiliza un ciclo de compresión. La aerotermia aprovecha una fuente de energía renovable y contribuye a la eficiencia energética al no depender únicamente de la electricidad para generar calor o frío. Este sistema es particularmente eficiente en climas moderados, donde la variación de temperaturas es moderada.
El sistema de renovación de aire automatizado garantiza una calidad del aire interior óptima al introducir aire fresco y expulsar el viciado, contribuyendo a la salud y comodidad de los ocupantes, al tiempo que minimiza las pérdidas energéticas. Incorporar un recuperador de calor en un sistema de renovación de aire es esencial para mejorar la eficiencia energética de un edificio, ya que permite aprovechar la energía térmica contenida en el aire viciado extraído del interior, transfiriéndola al aire fresco que ingresa.
Producción de Energía Fotovoltaica
La producción fotovoltaica insitu implica la instalación de paneles solares para generar electricidad localmente. Esto no solo reduce la dependencia de fuentes de energía convencionales, sino que también disminuye la huella de carbono al aprovechar la energía solar, una fuente renovable y sostenible.
El estudio de disposición de los paneles se llevó a cabo considerando dos configuraciones: una con un ángulo de inclinación óptimo para el lugar, establecido en 38 grados, y otra disposición horizontal. Tras un análisis detallado, se concluyó que la disposición horizontal era más beneficiosa. Esta configuración permitía ubicar una mayor cantidad de paneles sin que proyectaran sombras entre sí, lo cual optimizaba la captación de la radiación solar y, por ende, aumentaba la cantidad de energía producida in situ.
Sistema de Recuperación de Agua
Se implementa un sistema de recuperación de agua de lluvia diseñado para abastecer la demanda de riego de plantas específicamente seleccionadas por su baja necesidad hídrica. Esta estrategia busca optimizar el uso del agua al utilizar un recurso natural y renovable para cubrir las necesidades de las plantas, contribuyendo así a la sostenibilidad del entorno.
Además, se integra un sistema de recolección de aguas grises, que consiste en recopilar y tratar el agua proveniente de actividades domésticas como lavado de manos y duchas. Esta agua tratada se reutiliza de manera eficiente en la descarga de inodoros, reduciendo así la demanda de agua potable para usos no potables y promoviendo una gestión más responsable de los recursos hídricos. Ambas medidas apuntan a una gestión consciente del agua en el entorno construido, optimizando su uso y promoviendo la sostenibilidad ambiental.
Además, se integra un sistema de recolección de aguas grises, que consiste en recopilar y tratar el agua proveniente de actividades domésticas como lavado de manos y duchas. Esta agua tratada se reutiliza de manera eficiente en la descarga de inodoros, reduciendo así la demanda de agua potable para usos no potables y promoviendo una gestión más responsable de los recursos hídricos. Ambas medidas apuntan a una gestión consciente del agua en el entorno construido, optimizando su uso y promoviendo la sostenibilidad ambiental.
GESTIÓN DE RESIDUOS
Se llevó a cabo un cálculo preciso de la capacidad necesaria de los contenedores de basura, siguiendo las pautas y regulaciones establecidas en el reglamento de edificación. Este proceso consideró factores como la cantidad de residuos generados por los ocupantes del edificio y las normativas locales sobre gestión de residuos. Posteriormente, se dimensionó un espacio en la planta baja del edificio destinado a albergar estos contenedores, asegurando su fácil acceso desde el exterior para los recolectores. El diseño del local se realizó de manera estratégica para cumplir con los requisitos de manejo de residuos y facilitar la operación eficiente de la recolección de basura, garantizando al mismo tiempo el cumplimiento de las normativas y contribuyendo a una gestión sostenible de los desechos en el edificio.
RESULTADOS FINALES
En conclusión, todas las estrategias implementadas a lo largo del proceso proyectual, respaldadas por exhaustivos estudios en software de simulación energética, culminan en un edificio con un consumo energético excepcionalmente bajo. Este nivel de eficiencia es tan significativo que la energía fotovoltaica generada in situ tiene la capacidad de cubrir prácticamente la totalidad de las necesidades energéticas del edificio. Esto demuestra que la toma de decisiones conscientes desde la fase inicial del diseño puede tener un impacto significativo en la sostenibilidad a largo plazo.
Además, es crucial reconocer que la importancia de las decisiones en la definición del proyecto va más allá de la vida útil del edificio, extendiéndose al final de su ciclo de vida. Contemplar el cierre sostenible del ciclo, considerando aspectos como la reutilización de materiales y la planificación de la demolición, es esencial. Esto no solo maximiza la eficiencia y la sostenibilidad a largo plazo, sino que también aborda de manera integral la responsabilidad ambiental en todas las etapas del edificio, desde su concepción hasta su desmantelamiento. En este enfoque holístico se encuentra la clave para construir un futuro construido más sostenible y consciente de su impacto ambiental.
Además, es crucial reconocer que la importancia de las decisiones en la definición del proyecto va más allá de la vida útil del edificio, extendiéndose al final de su ciclo de vida. Contemplar el cierre sostenible del ciclo, considerando aspectos como la reutilización de materiales y la planificación de la demolición, es esencial. Esto no solo maximiza la eficiencia y la sostenibilidad a largo plazo, sino que también aborda de manera integral la responsabilidad ambiental en todas las etapas del edificio, desde su concepción hasta su desmantelamiento. En este enfoque holístico se encuentra la clave para construir un futuro construido más sostenible y consciente de su impacto ambiental.
Demandas de refrigeración y calefacción.
Consumos diarios durante el periodo de simulación.
Temperaturas diarias a lo largo del año.
Ventilación mecánica, natural e infiltraciones.
Ganancias Solares durante el periodo de Simulación.
Consumos y Producción Fotovoltaica.
