eficiencia energetica

Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 3, n. 2, p. 21-35, abr./jun. 2003.ISSN 1415-8876 © 2003, Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Todos os direitos reservados. 21

Silvia de [email protected]

John Martin [email protected]

Alejandro LabeurClaudio Delbene

Daniel Kozak

Centro de Investigación Hábitaty Energía

Facultad de ArquitecturaDiseño y Urbanismo

Universidad de Buenos AiresPabellón 3, piso 4, CiudadUniversitaria, (C1428 BFA)

Buenos Aires, ArgentinaTel: + 54 11 4789-6274

Recebido em 02/05/03Aceito em 03/10/03

Relevancia de proyectosdemostrativos de bajo impactoambiental y gran eficienciaenergéticaRelevance of demonstration projects promoting lowenvironmental impact and high energy efficiency

Silvia de SchillerJohn Martin EvansAlejandro LabeurClaudio DelbeneDaniel Kozak

Resumenn este trabajo se presentan tres casos de proyectos demostrativos de escalas,climas y funciones diferentes en Argentina: el Centro de Interpretación dela Reserva Ecológica para el Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires, unavivienda unifamiliar en Bariloche de iniciativa privada, y la Estación de

Biosfera Yabotí, centro para el estudio de biodiversidad en la Selva Misionera para elPrograma de Naciones Unidas para el Desarrollo. Los tres proyectos, diseñados ydocumentados en el Centro de Investigación Hábitat y Energía de la FADU-UBA, enel marco del Programa de Asistencia Técnica en Arquitectura Bioambiental, sonresultado de las investigaciones que allí se desarrollan. Los ejemplos son demostrativosde la factibilidad de realizar proyectos de bajo impacto ambiental y gran eficienciaenergética y condiciones de confort logradas por medios naturales, implementandoestrategias de diseño bioclimático e integrando sistemas solares en arquitectura,previéndose el monitoreo y auditoria de sus características térmicas, comportamientoenergético y satisfacción del usuario.

Palabras claves: Proyecto demostrativo, diseño bioambiental, energía noconvencional, simulación numérica, simulación física, bajo impacto ambiental.

AbstractThis work presents three demonstration projects, which respond to differentenvironmental conditions, scales and functional requirements in Argentina: theInterpretation Centre of the Ecological Reserve, commissioned by the Government of theCity of Buenos Aires, a single family house in Bariloche and the Biosphere StationYabotí, centre for biodiversity studies in the Misiones Forest for the UNDP, UnitedNations Development Programme. The three projects were undertaken by the ResearchCentre Habitat and Energy, of the Faculty of Architecture, Design and Urbanism,University of Buenos Aires, within the framework of the Technical AssistanceProgramme for Bioclimatic Architecture. These examples demonstrate the feasibility ofprojects with low environmental impact, high energy efficiency, and comfort conditionsachieved by natural means, by implementing bioclimatic strategies and integrating solarsystems in architecture, and devising a programme to monitor and audit energyperformance, thermal characteristics and user satisfaction.

Keywords: Demonstration project, bioclimatic design, non-conventional energy,numerical simulation, physical simulation, low environmental impact.

E

Schiller, S.; Evans, J.M.; Labeur, A.; Delbene, C.; Kozak, D.22

IntroducciónLa realización de proyectos demostrativospermiten estudiar, aplicar, mostrar y difundirnuevos enfoques en el hábitat construido einnovaciones tecnológicas, integrados en obras dearquitectura. En el campo de la construcciónsustentable, los proyectos demostrativos hanadquirido creciente importancia y reconocimientoinstitucional. Ellos actúan como vinculoinstrumental entre el desarrollo de políticasenergético-ambientales y la difusión eimplementación de nuevos enfoques y técnicas enla producción del hábitat construido, facilitando laconcientización del público y la transferencia a losprofesionales de la construcción.

Los ejemplos que aquí se presentan sondemostrativos de la factibilidad de realizarproyectos de bajo impacto ambiental, graneficiencia energética y favorables condiciones deconfort logradas por medios naturales, de bajasexigencias de mantenimiento, unido a laflexibilidad y sencillez de operación. Es relevantela efectiva implementación de estrategias dediseño bioclimático de forma complementaria entodas las escalas, y la integración de sistemassolares y de instalaciones de recuperación yreciclaje de agua en la arquitectura. Estosproyectos demostrativos requieren la verificaciónde postulados iniciales a través del monitoreo yauditoria de sus características térmicas,comportamiento energético y satisfacción delusuario.

Condiciones de sostenibilidaden arquitecturaLa arquitectura sostenible requiere reconocer ycumplimentar una serie de condiciones para lograrsus objetivos:

(a) Responder a necesidades genuinas de lasociedad con la flexibilidad de adaptarse a nuevasexigencias;

(b) Lograr amplia aceptabilidad por parte de losusuarios, tanto por su imagen como por la facilidadde uso, cuidado y operación;

(c) Reducir los impactos ambientales en todoslos campos, en forma significativa y verificable;

(d) Promover la colaboración de todos losactores trabajando en conjunto, arquitectos,legisladores;

(e) Lograr economía de recursos, tanto en suconstrucción inicial como en su operación a travésdel tiempo.

Las tres obras presentadas son proyectos diseñadospara comitentes reales: un ente gubernamental denivel municipal en el primer caso, elemprendimiento privado de una familia joven en elsegundo caso, y una organización internacional enel tercero. Todos ellos fueron desarrollados en elmarco del Programa de Asistencia Técnica enArquitectura Bioambiental del Centro deInvestigación Hábitat y Energía, a fin de tenerinformación directa y experimentar el rol de lasdecisiones de diseño en el marco de lasostenibilidad.

Características deemplazamiento y climaLos proyectos están ubicados en zonas climáticasdiversas, con características particulares yexigencias de confort específicas, referenciadossegún la Norma Argentina IRAM 11.603 (IRAM,1996) de Clasificación Bioambiental de Argentina,con las siguientes características:

Centro de Interpretación de la ReservaEcológica, Costanera Sur, Gobierno de la Ciudadde Buenos Aires:

(a) Ubicación: Lat. 34° S. Borde costero, entre elRío de la Plata y el ejido urbano;

(b) Zona Bioambiental: III, de clima templado,con 800 grados días (base 18°C);

(c) Microclima: humedad y vientos por cercaníaal río;

(d) Temperaturas de diseño: mínimo de invierno3,8°C y máximas de 31,2°C en verano;

(e) Exigencias de confort: equilibradas entreinvierno y verano;

(f) Sitio: plano, de relleno artificial con bajaresistencia portante;

(g) Vegetación: sitio con pastos naturales yabundante vegetación autóctona al sur y al este.

Vivienda unifamiliar Fuentes-López :

(a) Ubicación: Lat. 40° S. En las afueras de laCiudad de San Carlos de Bariloche. Provincia deRío Negro;

Relevancia de ‘proyectos demostrativos’ de bajo impacto ambiental y eficiencia energética 23

(b) Zona Bioambiental: VI, de clima muy fríocon 3681 grados días (base 18°C), con nieve eninvierno;

(c) Microclima: protegido por la vegetación, concierta exposición a los vientos fríos del sur;

(d) Temperaturas de diseño: mínimas de invierno–5,6°C, máximas de verano 23,9°C;

(e) Exigencias de confort: énfasis en problemasde invierno, control de perdidas de calor yaprovechamiento de la energía solar en todo elaño;

(f) Sitio: en pendiente con sector plano, rocoso,en zona sísmica;

(g) Vegetación: abundante vegetación boscosa decipreses y caña colihue en reserva forestal.

Estación de Biosfera Yabotí, parte de la RedMundial de Reservas de Biosfera de laOrganización de las Naciones Unidas paraEducación y Ciencia:

(a) Ubicación: 26° S. Reserva Provincial LaEsmeralda, en plena selva, Provincia de Misiones;

(b) Zona Bioambiental Ia, de clima muy calurosocon baja amplitud térmica;

(c) Microclima: la altura de 500 m sobre el niveldel mar, provoca una disminución leve entemperaturas invernales, expuesto al viento del sur;

(d) Temperaturas de diseño: mínimas de invierno9ºC, máximas de verano 33ºC;

(e) Exigencias de confort: énfasis en condicionesde verano, con especial cuidado por el invierno;

(f) Sitio: con escasa pendiente en un claro delbosque, con vistas abiertas al sur, totalmenteaislado;

(g) Vegetación: selva paranaense, con limitadacapa de humus, insectos y reptiles.

Proyecto 1: Centro deInterpretación ReservaEcológica Costanera Sur,Ciudad de Buenos AiresEl proyecto del Centro de Interpretación de laReserva Ecológica, Costanera Sur, fuedesarrollado por el Centro de Investigación Hábitaty Energía, CIHE, FADU-UBA para el Gobierno dela Ciudad de Buenos Aires a través de un conveniode asistencia técnica. Este proyecto demostrativotiene por objetivo complementar la experienciadidáctica que realizan las escuelas al visitar la

Reserva con el ejemplo de un edificio sostenible,de bajo impacto ambiental, con aprovechamientode energías renovables, implementación deestrategias de eficiencia energética y aplicación decriterios de sostenibilidad en el hábitat construido(de SCHILLER et al., 2000). El Centro estádestinado a recibir alumnos de escuelas primariasy secundarias de la Ciudad de Buenos Aires y delGran Buenos Aires, con el fin de interpretar laReserva Ecológica como ejemplo de un ecosistemade gran valor regional. Las intencionesfundamentales del proyecto son preservar elcarácter de la Reserva Ecológica como un área deconservación de la flora y fauna autóctona, a travésde líneas temáticas, tales como sol, viento, luz,agua, aire, que permitan relacionar ‘ciudad ynaturaleza’.

El proyecto aprovecha y optimiza la luz natural yla captación de energía solar e implementarecursos bioclimáticos y estrategias deacondicionamiento natural para lograrrefrescamiento en verano y conservación deenergía en la época invernal. Así, el proyectominimiza su demanda de energía convencional norenovable y su impacto ambiental. Laincorporación de sistemas de captación de energíasolar y eólica complementan los elementosarquitectónicos de este proyecto demostrativo.

Objetivos de demostraciónLos objetivos principales son:

(a) Implementar estrategias de diseñobioclimático e integración de sistemasespecializados de captación y aprovechamiento deenergías renovables;

(b) Utilizar al edificio como ejemplo didácticopara demostrar la importancia del medio-ambientey ejemplificar la responsabilidad ambiental en latoma de decisiones de diseño;

(c) Promover el uso racional de la energía y lastecnologías apropiadas en la construcción;

(d) Priorizar el uso de materiales de construcciónde bajo impacto ambiental, evitando el uso demateriales energía-intensivos o que atenten contrael medio ambiente;

(e) Optimizar el uso y la flexibilidad espacial demodo de minimizar el tamaño de los edificios y losrecursos necesarios para su construcción,operación y mantenimiento.


Aplicación de pautas y estrategias dediseño bioambiental

A partir del análisis climático del sitio y losrequisitos de confort, se derivan pautas deacondicionamiento natural para las diferentesépocas del año que han servido como base para eldiseño del edificio:

(a) Estrategia de invierno: se optimiza lacaptación de radiación solar con aberturas ysistemas solares pasivos orientados al N, laconservación de ganancias internas partiendo deuna óptima aislación térmica y el aprovechamientode la iluminación natural aún en días nublados.También se plantea la incorporación de materialesde importante inercia térmica para moderar lavariación de temperatura y almacenar calor;

(b) Estrategia de verano: se incorporaprotección solar con aleros al N, ventilacióncruzada para refrescamiento natural en losespacios principales, masa térmica para moderarlos picos de temperatura estival, colores claros eninteriores a fin de optimizar la distribución deiluminación natural, techos reflectantes parareducir la absorción de radiación solar y aislacióntérmica óptima en techos y paredes para controlarla transmisión de calor.

Con la definición de las pautas de diseñoconsideradas se establecieron las siguientesestrategias de diseño (Figura 1 y 2):

(a) Planta compacta: economía constructiva,mínimas pérdidas, control de infiltraciones einercia térmica;

(b) Forma lineal con desarrollo E-O: mejorcaptación del sol invernal, fácil protección del solestival del E y O, y posibilidad de ventilacióncruzada para los ambientes principales;

(c) Orientación de espacios principales al N: buenasoleamiento invernal, cubierta con inclinaciónpara módulos fotovoltaicos;

(d) Disposición de espacios secundarios al S y O:protección de vientos fríos, aislación térmica deespacios principales, protección de radiación solaren verano;

(e) Corte asimétrico N-S para minimizar lassombras sobre los espacios exteriores y aumentarla captación de energía solar en inviernoproveniente de la orientación N.

Figura 1 - Fachada norte de la maqueta, vistadesde el NE. El alero del techo ofreceprotección solar en verano, mientras permite elacceso al sol en invierno

Figura 2 - Vista desde el SO, la fachada oeste,con limitadas aberturas y la fachada surincorpora elementos de protección de losvientos fríos

Selección de materiales según calidadambiental

La selección de los materiales utilizados para eledificio surge de evaluar la calidad ambiental delos mismos buscando alternativas de bajo impactoambiental y de bajo impacto en la salud con elobjetivo de incorporar estos criterios en laevaluación de los sistemas constructivos a aplicaren la construcción.

Entre los factores ambientales evaluados seincluyen:

(a) Uso de materias primas renovables y/orecicladas;

(b) Bajo impacto energético en las etapas deextracción, fabricación y colocación en obra;

(c) Mínimo impacto sobre la salud de losocupantes del edificio;

(d) Materiales reutilizables, reciclables o de bajoimpacto en la etapa de demolición o‘deconstrucción’.

Incorporación de instalaciones noconvencionales

En cuanto a las instalaciones, elementos de granvalor demostrativo, se han adoptado criterios noconvencionales con el objetivo de poner en


práctica experiencias inéditas en nuestro mediopara su posterior difusión y evaluación.

Red sanitaria: Con el objetivo de difundir el usoracional del agua, se han diferenciado en elproyecto distintas redes en función de la calidaddel agua a emplear:

(a) Distribución de agua potable, proveniente dered para consumo humano;

(b) Reciclado de aguas “grises”, procedentes delavatorios y duchas para ser utilizadas en inodoros;

(c) Recolección de agua de lluvia de la cubiertadel edificio para destinarla al riego de los espaciosexteriores, depósito de agua contra incendios y,eventualmente, para alimentar los depósitos deinodoros en los sectores de sanitarios. Laacumulación se realiza en un tanque australianoque a su vez está conectado a un molino de vientoque asegura el llenado del mismo con aguaprocedente de la napa;

(d) Bombeo eólico de agua para el sistema derefrigeración por piso radiante en épocas estivales.

Instalación termo-mecánica: El sistema decalefacción adoptado consiste en un piso radiantefrío-calor. En época estival el mismo sistemafunciona como “piso frío” circulando por elmismo, agua extraída de la napa. Para días contemperaturas más elevadas, el sistema se conecta auna máquina enfriadora.

Utilización de sistemas solaresEl proyecto plantea la instalación de sistemas noconvencionales como elementos demostrativos deluso de energías renovables, limpias y renovables yla factibilidad de instrumentación de recursos parareducir la dependencia en las instalacionesconvencionales y uso de energías no renovables.

Sistemas solares pasivos : Ganancia directa através de aberturas vidriadas en la fachada N deledificio, con protección en verano para evitarproblemas de sobre-calentamiento, e incorporaciónde muros acumuladores con pared interior dehormigón y doble vidrio exterior, protegido enverano por aleros.

Colectores solares planos: Los colectores sedestinan al calentamiento de agua en duchas ylavatorios; este sistema consta de dos colectoressolares de 5 m2, inclinados a 45º y orientados al N.

Módulos fotovoltaicos : El sector administrativo yel pórtico de acceso incorporan panelesfotovoltaicos con el fin de demostrar la conversiónde energía solar en energía eléctrica y utilizar la

energía generada en el edificio. Para evitar elsobre-dimensionamiento de la superficie de losmódulos, se propone un sistema conectado a la redeléctrica convencional urbana, de gran innovaciónen la ciudad y el país, tanto desde el punto de vistatecnológico como por su marco legal. Esta opciónevita el uso de baterías para almacenar energía.Cuando la demanda de electricidad es reducida, elexcedente será ‘exportado’ a la red convencional,mientras que por la noche y en días muy nubladosde invierno se ‘importa’ energía de la red.

El proyecto, desarrollado en la Facultad deArquitectura, Diseño y Urbanismo por docentes einvestigadores del CIHE, demuestra el valor de losproyectos demostrativos como oportunidades paralograr una transferencia directa de la experienciade grado, posgrado e investigación a la comunidad.(Figuras 3 a 6).

Figura 3 - Estudio de cantidad, distribución ycalidad de iluminación natural en la Sala deExposición, realizado con maqueta en el CieloArtificial del CIHE

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Ref.: 1 explanada acceso, 2 acceso peatonal, 3 senderopeatonal, 4 patio merienda, 5 patio de usos múltiples.Figura 4 – Emplazamiento del Centro deInterpretación para la Reserva EcológicaCostanera Sur, Ciudad de Buenos Aires, frenteal Río de la Plata


Figura 5 – Buenos Aires, 34 º Lat. S - Trayectoriasolar y vientos

Ref.: 1. entrada; 2. sala de exposición; 3. hall de acceso; 4.SUM, salón de usos múltiples, 5. acceso personal; 6. oficina deseguridad; 7. recepción; 8. administración; 9/10 oficina deguías; 11/12. sala de reuniones; 13. recepción público; 14. salamáquinas; 15. depósito; 16. patio de usos múltiples.Figura 6 – Planta del Centro de InterpretaciónReserva Ecológica Costanera Sur, Buenos Aires

Ref.: 1. ventanas captadoras, 2. muro Trombe, 3. paneles fotovoltaicos, 4. colectores planos, 5. ventanas captadoras y muro TrombeFigura 7 - Vista Norte, Centro de Interpretación para la Reserva Ecológica Costanera Sur, Buenos Aires

Ref.: 1. ventanas captadoras y muro Trombe, 2. “colchón” deservicios, 3. protección de vientos, 4. colectores, 5. lumiductos,6. muros y solados macizosFigura 8 - Corte transversal del SUM, Centro deInterpretación Reserva Ecológica, Buenos Aires

Ref.: 1. ventanas captadoras y muro Trombe, 2. fotovoltaicos,3. ventanas captadoras, 4. lumiductos, 5. muros y soladosmacizos para inercia térmicaFigura 9 - Corte transversal Sala de Exposicióndel Centro de Interpretación Reserva Ecológica,Buenos Aires


Proyecto 2: Casa Fuentes-López, Bariloche, Provincia deRío NegroLa casa se encuentra a 18 km al norte de la Ciudadde Bariloche, latitud 41°S, a 950 m de altura, en laZona Bioambiental VI, muy fría, con 3681 gradosdías base 18°C. El comitente estableció comoobjetivo un proyecto energéticamente eficiente conenergía solar para calefacción, agua caliente yelectricidad, y de bajo impacto ambiental. Pararesolver estos requisitos se incorporó gran inerciatérmica en paredes que permitiese almacenar elcalor de los sistemas solares pasivos y activos eninvierno y atenuar las temperaturas interiores enverano. Se logró además excelente nivel deaislación térmica en techos, paredes y ventanas,superando el Nivel A de la Norma IRAM 11.605.(IRAM, 1998). Se incorporaron tres sistemassolares pasivos diferentes: ganancia directa, muroacumulador e invernadero, así como un sistemaactivo para almacenar el calor del invernadero en unlecho de piedras, y dos sistemas activos utilizandopaneles fotovoltaicos para la generación auxiliar deelectricidad y colectores solares planos paracalentamiento de agua.

Clima: Bariloche presenta una temperatura mínimade diseño de –5.8°C en invierno, con una mínimaabsoluta de –21°C. La nieve es frecuente en elterreno y las horas anuales de sol corresponden a 40% del total, con días nublados y lluviososdistribuidos durante todo el año. Sin embargo, laradiación solar en verano es intensa, combinada contemperaturas estivales máximas de 24ºC. Lascondiciones climáticas rigurosas exigieron uncuidadoso estudio de las etapas de construcción,materiales y disponibilidad de mano de obra.

Programa: El programa de la vivienda, para un grupode familiar de padres y cuatro hijos, previó un espaciocentral para estar–comedor–cocina, estudio y oficinapara los padres, 3 dormitorios en la planta baja. Laplanta alta, concebida inicialmente como espacioabierto para juegos, se compartimentó sin dificultadconfigurando dormitorios adicionales y estudios, dadola flexibilidad de la misma (Figuras 7 y 8).

Terreno: El terreno, con frente de 55 m y 134 m delargo, tiene pendientes importantes con unadiferencia de 20 m entre el acceso y el centro delterreno. Los retiros obligatorios y las pendientes conbosques naturales y caña colihue, estánreglamentados para evitar la poda indiscriminada,motivos que condicionaron la implantación a fin deoptimizar el acceso al sol con mínimo impacto a lavegetación existente (Figura 9).

Estructura sismo-resistente: Por encontrarse enuna zona de potencial actividad sísmica, la viviendaincorpora una estructura especialmente diseñadapara resistir las fuerzas generadas por los elementosde gran masa utilizados para almacenar calor en lossistemas solares.

Materiales de construcción: Se seleccionaronmateriales de bajo impacto y se estudió la forma yprovisión de los mismos Aunque piedra y maderalocal fueron materiales seleccionadospreferentemente, la disponibilidad, costo y calidadde los productos, así como plazos de entrega, fuerontambién considerados.

Mano de obra local: Si bien la mano de obraempleada no tiene experiencia en construccionessúper-aisladas y durante la época turística estivaldisminuye la oferta de mano de obra calificada, losresultados son muy satisfactorios, ya que elcontratista respetó las indicaciones especiales alcolocar los materiales aislantes.

Sistemas solares pasivos: La fachada N incorporatres sistemas solares pasivos: 1. Invernadero de granvolumen y superficie nominal de 48 m² expuesta alN, vinculado térmicamente al interior de la viviendapor 4 mecanismos complementarios detransferencia de calor: convección forzada al lechode piedras debajo de las áreas del estar; convecciónnatural a través de ventanas practicables; radiacióndirecta a través de ventanas cerradas fijas ytransmisión con demora de la onda de calor a travésde muros de gran capacidad térmica. 2. Gananciadirecta a través de aberturas con orientacionesfavorables para la captación de radiación eninvierno, ubicadas en la cocina, comedor,dormitorios en planta baja y aberturas en planta alta,con una superficie nominal de 7,50 m². 3. Murosacumuladores: dos paneles de mampostería densacon vidrio fijo exterior sobre la fachada N, con unalero que proporciona sombra en verano. Superficienominal expuesta al N: 16 m².

Sistemas solares activos: 1. Paneles fotovoltaicosLa pendiente del techo orientado al N inclinado a40°, incorpora dos sistemas solares adicionales: unasuperficie de 10 m² con paneles de silicio amorfoalimenta un sistema conectado a la red convencionalde energía eléctrica. Este dimensionamiento permiteun máximo aprovechamiento de la energía generaday un mínimo de exportación a la red, de acuerdo alos costos locales desfavorables. 2. Colectoressolares planos: para el calentamiento de agua, seemplean colectores planos montados sobre el techoy conectados a través de un sistema activo a untanque de 250 litros ubicado en la planta alta(Figuras 10 a 20).


Figura 10 - El estacionamiento cubierto protegela entrada y la fachada sur de la vivienda de losvientos fríos

Figura 11 - Fachada sur de la casa en obra, antesde construir el invernadero y los FV en el techo

Figura 12 – Perspectiva de la vivienda y suentorno, durante la etapa de proyecto

Figura 13 - Perspectiva de la vivienda y el amplioinvernadero mirando al norte para optimizar lacaptación de sol, durante la etapa de proyecto

Figura 14 - Planta baja de la vivienda

Figura 15 - Planta alta de la vivienda

Figura 16 - Corte Norte – Sur. A la izquierda, sur,la cochera y entrada, con leñera, depósito ybodega. A la derecha, norte, el invernadero conel sistema activo con ventilador y conductohacia el lecho de piedras


Figura 17 - Colectores solares planos para elcalentamiento de agua y fotovoltaicos parageneración de energía eléctrica en el techo dela vivienda

Figura 18 - Lecho de piedra en la vivienda solar

Figura 19 - Colocación de la segunda capa deaislación en el techo de la vivienda solar, sinpuentes térmicos. Espesor: 20 cm (15 cm+5 cm)

Figura 20 - Muro acumulador con ventanaorientada al sol en la fachada N de la vivienda

Proyecto 3: Estación deBiosfera Yabotí, ReservaNatural La Esmeralda,Provincia de MisionesLa selva paranaense, continuación de la MataAtlántica de Brasil, es uno de los ecosistemas másamenazados del mundo, del que solo sobrevivehoy menos del 5 % de su extensión original que seextendía desde el sur de Bahía hasta el norte deMisiones. La Reserva de Biosfera Yabotí, parte dela Red Mundial de Reservas de Biosfera de laOrganización de las Naciones Unidas para Educacióny Ciencia, está ubicada en el norte de la Provinciade Misiones, sobre el Río Uruguay, separada delParque do Turbo en Brasil por los famosos Saltosdel Moconá. La franja que se extiende en el nortede Misiones, desde la Reserva de Biosfera Yabotíhasta el Parque Nacional de Iguazú conecta losParques do Turbo y de Foz de Iguazú, que enconjunto forman el mayor sector no fragmentadodel continente, siendo su preservación esencialpara la supervivencia de la selva.

Siguiendo una propuesta del famoso biólogobrasileño Márcio Ayres, que dirige la mayorreserva de uso sustentable de su país, se estáejecutando en la Provincia de Misiones unproyecto de apoyo inicial a la RBY, dentro delmarco del Programa de las Naciones Unidas parael Desarrollo, PNUD, con financiación delGobierno de Gran Bretaña. Un punto importantedel proyecto es la construcción de una estación


biológica que sirva de base a un programa deinvestigación de sus recursos naturales. El diseñode la Estación de Biosfera Yabotí fue desarrolladocon el asesoramiento del Programa de AsistenciaTécnica en Arquitectura Bioambiental de laFacultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo,Universidad de Buenos Aires, a través de unconvenio entre el Programa PNUD, NacionesUnidas, y la FADU-UBA.

De acuerdo a las necesidades del comitente y lasrevisiones respecto a los requisitos del programa,el conjunto comprende tres elementos principales:la vivienda de Guarda Parques, con taller, depósitoy estacionamiento semi-cubierto, la vivienda delDirector Residente, con estudio y laboratorio, y elalojamiento para 12 investigadores tesistas ypasantes. Los tres elementos se articulan en formade tiras o barras con sus fachadas principalesorientadas al norte y al sur, unidas por unaimportante circulación semi-cubierta. Estaestructura configura una serie de lugares dereunión, esparcimiento y descanso, protegidos delsol estival y de las lluvias frecuentes, a fin deproporcionar espacios exteriores habitablesatendiendo las condiciones climáticas. El mismocriterio se adopta en la resolución de cada tira,integrando balcones, terrazas y galerías, de granintensidad de uso y bajo costo de construcción ymantenimiento (Figura 21).

Las características climáticas del lugar fueronestimadas según la ubicación del centro deinvestigación y las estaciones meteorológicas máscercanas. Los datos corresponden a la ZonaBioambiental Ia ‘muy calurosa con baja amplitudtérmica‘ según la Norma IRAM 11.603 (IRAM,1996), aunque su altura de 500 metros sobre elnivel del mar provoca temperaturas relativamentebajas en invierno. La forma edilicia enfatiza laimportancia de la orientación para captar el solinvernal y proteger de la radiación solar estival,mientras ofrece excelente ventilación cruzada a finde lograr confort en verano y favorecer lasespectaculares vistas al sur.

Preocupación por el impacto ambiental

Se ha priorizado la preocupación por controlar yminimizar el impacto ambiental, especialmente portratarse de la inclusión de una nueva actividad enuna zona protegida en un medio natural altamentevulnerable. El Proyecto PNUD intenta asíproporcionar un ejemplo demostrativo de lacapacidad de implementar nuevos enfoquesambientales en arquitectura. Paralelamente, laProvincia de Misiones pretende promover el uso

de los recursos renovables de la región y la manode obra local.

En este contexto, el asesoramiento del CIHE se haorientado a minimizar el impacto ambiental através de los siguientes aspectos:

(a) Cuidada implantación respetando las especiesexistentes;

(b) Integración de estrategias bioambientales enlas definiciones de diseño arquitectónico y losdetalles constructivos;

(c) Morfología edilicia en relación con latrayectoria del sol y la orientación de brisas;

(d) Incorporación de sistemas deaprovechamiento de energías renovables;

(e) Uso de materiales de bajo impacto, conpotencial reciclado y;

(f) Implementación de instalaciones sanitarias no-convencionales y uso racional de agua.

Aplicación de pautas y estrategias dediseño bioambiental

Los recursos ambientales planteados en loslineamientos generales incluyen los siguientesaspectos orientadores de proyecto (Figuras 21 a 28):

(a) Techos de forma sencilla y aleros importantespara lograr adecuada protección del sol estival, conpendiente que permite mayor exposición eninvierno, mientras logra protección estival;

(b) Ventilación cruzada en todas las habitacionesprincipales, con aberturas importantes en lasfachadas norte y sur para favorecer un efectivomovimiento de aire a la altura de los ocupantes ylograr confort en verano sin acondicionamientoartificial;

(c) Espesores de aislantes térmicos que cumplencon el Nivel A ‘Recomendado’ según la NormaIRAM 11.605 (IRAM 1998). (Por ejemplo, se haestimado 7,5 cm de aislación en techos para evitarel ingreso de calor en verano y 2,5 cm en paredes ypiso, con sus respectivas cámaras de aire, barrerasde vapor interiores y papel embreado solapada conjunta abierta que forma una capa impermeableprotegida por el revestimiento exterior, mientraspermite egreso de vapor de agua.);

(d) Colores claros del techo para reflejar laradiación solar estival;

(e) Formas sencillas de los techos y aleros paralograr buena protección de las lluvias y favorecerla recolección de agua pluvial.


Incorporación de energías renovables

La Estación, situada en una zona aislada, a 6 Kmde la vivienda más cercana y aproximadamente a20 Km de redes de energía convencional,incorpora sistemas de aprovechamiento de laenergía solar y otras energías renovables, porejemplo:

(a) Cada vivienda cuenta con una serie decolectores solares planos para calentar agua debaños y cocinas;

(b) Como fuente de energía auxiliar, seincorporan calderas a leña, tipo ‘quematutti’ paraagua caliente y las cocinas económicas;

(c) La provisión de energía eléctrica para elconjunto se realiza a través de módulosfotovoltaicos y baterías con capacidad dealmacenamiento para tres días. El equipamientoeléctrico previsto incluye iluminación artificial,computadoras en el laboratorio y estudio,heladeras y otros electrodomésticos de bajoconsumo en cocinas y comedor (Figura 28);

(d) Un grupo electrógeno permite cargar lasbaterías después de una serie de días nublados yasegura el suministro de energía eléctrica para elbombeo de agua y ocasionales tareas del taller.Esta fuente auxiliar permite reducir el número debaterías y su consecuente impacto ambiental;

(e) Las ganancias solares en el interior de lashabitaciones principales disminuyen la demandade energía para confort en invierno.

Construcción de bajo impacto

Se adopta la construcción en madera, tanto para laestructura como los paneles de cerramiento, ytecho de chapa pre-pintada, que responde a lassiguientes pautas a fin de reducir el impacto de laobra en el lugar:

(a) Favorecer el empleo local y la industriaprovincial con el uso de madera blanda tratada,proveniente de bosques manejados, recursorenovable prioritario en la región;

(b) Acortar el tiempo de construcción y minimizarlos desperdicios de materiales aplicando un criterioconstructivo modular de paneles de madera paraparedes, techos y pisos;

(c) Asegurar larga vida útil de construcción conmadera impregnada bajo presión que evita sudeterioro por causa de insectos y hongos;

(d) Modulizar las plantas y fachadas, adoptandoun modulo de 40 cm, basado en la distancia entre

bastidores, duplicado en el ancho puertas de 80cm;

(e) Lograr economía y racionalización de laestructura, unificando las secciones de madera demodo que todos los cabios de la obra tengan igualluz entre vigas de 3,20 metros, siguiendo elmodulo de 40 cm;

(f) Reducir el uso de hormigón y mampostería enobra y evitar movimientos de tierra utilizando unsistema de cimientos con pilotes y pisos elevadossobre el nivel del suelo;

(g) Lograr protección inicial en caso de incendiocon revestimiento interior de placas roca yeso;

(h) Facilitar la construcción racionalizada,agrupando baños, cocinas y lavaderos para formarlocales sanitarios modulares y repetitivos.

Evaluación energética y térmica consimulaciones

La evaluación de las características térmicasincluye los siguientes estudios de simulaciónnumérica y física espacial:

Asoleamiento: los estudios de captación de solinvernal y protección solar estival se realizaronpara distintas horas del día y estaciones del añosegún la latitud del lugar a través de ensayosllevados a cabo con maquetas en el Heliodón delLEB, Laboratorio de Estudios Bioambientales delCIHE.

Ventilación cruzada : éstos estudios fueronrealizados a través de ensayos con maquetas en elTúnel de Viento del mismo Laboratorio usandohumo para visualizar la velocidad y trayectoria delaire en movimiento (Figura 24).

Movimiento de aire : para completar los estudiosen el túnel de viento se realizaron simulacionesnuméricas con un programa de CFD, fluido-dinámica computada.

Figura 21 - Vista del conjunto edilicio desde enNoroeste, elevado sobre el nivel del terreno,instalaciones solares, expansiones conmosquiteros y circulaciones cubiertas quepermiten fácil desplazamiento sin barreras, congran importancia de los espacios intermedios


Figura 22 - Planta con estudio de movimiento deaire en espacios exteriores y sobre fachadas conel fin de verificar las condiciones de ventilacióncruzada

Figura 23 - Perfil de velocidad de aire en secciónvertical con viento norte

Temperatura: se realizó la simulación numéricade las temperaturas internas en días típicos deinvierno y verano con el fin de verificar losespesores de aislantes térmicos, los requerimientosde captación y protección solar, el tamaño ydisposición de aberturas, etc., utilizando elPrograma Quick que indica la evolución de latemperatura horaria.

Comportamiento térmico: la simulaciónnumérica de flujo de calor en dos dimensiones serealizó con el fin de estimar las característicastérmicas de techos y paredes, y confort térmicosegún la Norma ISO 7730 (1994).

Transmitancia térmica: la evaluación de lascaracterísticas térmicas de paredes y techo serealizó para verificar el cumplimento de la NormaIRAM 11605 (1998), según el método de la NormaIRAM 11603 (1996).

Eficiencia energética: la evaluación de lascaracterísticas térmicas de la envolvente se realizócon la planilla electrónica Evaluador Energéticodesarrollada en el CIHE (EVANS; de SCHILLER,2001).

Figura 24 - Maqueta en Túnel de Viento

ConclusionesLos tres proyectos demostrativos (Cuadro 1)permiten la incorporación de innovacionestecnológicas, tales como espesores inusuales deaislación térmica, módulos fotovoltaicos integradosen los techos, sistemas solares de calentamiento deagua, etc. Los espesores de aislantes livianosempleados en los techos de Buenos Aires y Barilochetienen 20 cm (Figura 13) y 10 cm respectivamente, y15 cm y 10 cm en las paredes. Con estos espesores selogran valores de transmitancia térmicasignificativamente inferior a los mínimoscontemplados en el nivel más exigente de la NormaIRAM 11605 (IRAM, 1998).

En el desarrollo de los proyectos, se buscó laintegración al medio y la adecuación climáticautilizando una serie de técnicas y herramientascomplementarias. En los tres casos, se realizaronseries de diseños alternativos con las respectivasevaluaciones del comportamiento en relación con elimpacto favorable o desfavorable del sol, medianteensayos con maquetas en el Heliodón. En el caso dela Estación de Biosfera Yabotí, los ensayos desimulación de viento y movimiento de aire,efectuados por medio del Túnel de Viento yprogramas CFD (fluido-dinámica computada),resultaron de especial interés para dimensionar lasdistancias entre edificios que garantizan unaventilación cruzada efectiva; de acuerdo a laestrategia de diseño para verano, con la premisa delaprovechamiento de brisas para refrescamiento.

Asimismo, se llevaron a cabo simulacionesnuméricas del ingreso de radiación solar, régimentérmico de los locales y distribución de temperaturasen potenciales puentes térmicos y detallesconstructivos. Así se pudieron ajustar decisiones deldiseño y verificar el probable comportamiento depropuestas de innovación tecnológica.


Ref.: (a) Casa de Guardaparques, con garaje y taller; (b) Casa de los Investigadores, con estar general y quincho en el sector central;(c) Casa del Director, con estudio o habitación de huéspedes y LaboratorioFigura 25 - Planta del proyecto con los tres elementos unidos por una circulación techada en el sentidoN - S

Figura 26 - Corte protección solar en verano Figura 27 - Corte penetración solar en invierno

(a)

(b)

(c)


Figura 28 - Circulación central hacia el espaciosemi-cubierto de expansión con parrilla (casa deinvestigadores). Cubierta circulación: Panelesfotovoltaicos semi-transparentes

Se prevé la realización de campañas de medicionesde comportamiento térmico, consumos, costos deoperación y funcionamiento, así comoevaluaciones post-ocupación, con el fin de evaluarlos resultados, verificar la validez de lassimulaciones y contribuir al mejoramiento defuturos proyectos, legislación y normativas.

Referenciasde SCHILLER, S. Sustainable low impactdemonstration projects. In: SUSTAINABLEBUILDING INTERNATIONAL CONFERENCE,2002, Oslo, Norway. Proceedings... Oslo: SB-02,2002.

de SCHILLER, S.; EVANS, J. M. Proyectodemostrativo: vivienda solar de bajo consumoenergético: Casa Fuentes-López, Bariloche, RíoNegro. Avances en Energías Renovables yMedio Ambiente , Salta, v. 4, n. 1, p. 5.31-5.36,2000.

de SCHILLER, S.; EVANS, J. M.; KOZAK, D.Estación de Biosfera Yabotí, Estudios para unproyecto demostrativo de bajo impacto ambiental.Avances en Energías Renovables y MedioAmbiente , Salta, v. 6, n. 1, p. 1.29-1.33, 2002.

de SCHILLER, S.; EVANS, J. M.; LABEUR, A.Proyecto demostrativo: Centro de Interpretación,Reserva Ecológica Costanera Sur, Buenos Aires.Avances en Energías Renovables y MedioAmbiente , Salta, v. 4, n. 1, p. 1.29-1.34, 2000.

de SCHILLER, S.; EVANS, J. M.; LABEUR, A.;DELBENE, C. Relevancia de ‘proyectosdemostrativos’ de bajo impacto ambiental yeficiencia energética. In: ENCONTRONACIONAL SOBRE O CONFORTO NOAMBIENTE CONSTRUÍDO, 6.; ENCONTROLATINO-AMERICANO SOBRE O CONFORTONO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 3., 2001, SãoPedro, SP. Anais. Florianópolis: ANTAC, 2001. 8 p.

HAL, A.; DE VRIES, G.; Y BOUWERS, J.Opting for change: Sustainable Building in TheNetherlands. Best, The Netherlands: AeneasTechnical Publishers, 2000.

INSTITUTO ARGENTINO DENORMALIZACIÓN. IRAM 11.603:Acondicionamiento Térmico de Edificios:clasificación bioambiental de la RepúblicaArgentina. Buenos Aires, 1996.

______. IRAM 11.605: AcondicionamientoTérmico de Edificios: condiciones de habitabilidaden edificios, valores máximos de transmitanciatérmica en cerramientos opacos. Buenos Aires,1996.

INTERNAIONAL STANDARDORGANIZATION. ISO 7730 : Moderate thermalenvironments: determination of the PMV and PPDindices and specification of the conditions forthermal comfort, Geneva, 1994.

NATIONAAL DUBO CENTRUM,ROTTERDAM. Demonstration projects forsustainable and low energy building:frameworks for the future . Netherlands, 2000.

SERVICIO METEOROLÓGICO NACIONAL.Estadísticas climatológicas 1981. Buenos Aires,1990. (Serie B, n. 37).

VAN HAL, A. Beyond the demonstrationproject: the diffusion of environmentalinnovations in housing. Best, Netherlands: AeneasTechnical Publishers, 2000.

ReconocimientosEste trabajo fue desarrollado en el marco delProyecto UBACyT A-022 / RS 5009-2000‘Arquitectura Sostenible: evaluación del impactode decisiones de diseño’ bajo la dirección de Silviade Schiller, con financiación de la Universidad deBuenos Aires.


Centro de interpretación,Reserva Ecológica,

Buenos aires

Casa Fuentes-López,Bariloche,Río Negro

Estación de Biosfera ‘Yaboti’,Misiones

PLA

NT

A

CL

IMA

Zona Bioambiental III, de climatemplado con microclima dehumedad y vientos por cercanía alrío.

Zona Bioambiental VI, declima muy frío y microclimaprotegido por la vegetacióncon cierta exposición a losvientos fríos del sur.

Zona Bioambiental I, de clima muycaluroso con baja amplitud térmica ymicroclima de altura (500 m sobre elnivel del mar) que provoca unadisminución leve en temperaturasinvernales, también se encuentraexpuesto al viento del sur.

Exi

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Equilibradas entre invierno yverano.

Énfasis en problemas deinvierno, control de perdidasde calor y aprovechamiento dela energía solar en todo el año.

Énfasis en condiciones de verano,con especial cuidado por elinvierno.

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Estrategia de invierno:Captación solar con aberturas ysistemas solares pasivos orientadosal norte.Aislación térmica eficiente enparamentos verticales ycubierta.Optimización de la Iluminaciónnatural aún en días nublados.Materiales con importante Inerciatérmica para moderar la variaciónde temperatura y almacenar calor.

Estrategia de verano:Protección solar con aleros al N.Ventilación cruzada pararefrescamiento natural en losespacios principales.Colores claros en interiores a finde optimizar la distribución deiluminación natural, techosreflectantes para reducir laabsorción de radiación solar.

Estrategia de invierno:Partido Compacto, abierto alsol.Captación solar con sistemassolares pasivos orientados alnorte: invernadero, murosacumuladores y gananciadirecta.Aislación térmica súper-eficiente en paramentosverticales y cubierta.Gran Inercia térmica en losmateriales utilizados en elinterior: Sistema de lecho depiedras conectado por airecaliente al invernadero paraalmacenar las ganancias decalor diurnas.

Estrategia de verano:Ventilación natural en todoslos ambientes de la vivienda yen el invernadero.Protección solar: aleros ygalería balcón en fachada N.

Estrategia de verano:Partido abierto con edificioslineales.Ventilación cruzada en el ejenorte sur para favorecer elmovimiento efectivo de aire a laaltura de los ocupantes y lograrconfort en verano sinacondicionamiento artificial.Protección del sol estival ,mediante aleros dimensionadosque permiten el ingreso total desolo en inviernoAislación térmica eficiente enparamentos verticales, cubierta, yplataforma de solado.Colores claros del techo parareflejar la radiación solar estival.Cubiertas sencillas y aleros paralograr buena protección de laslluvias y favorecer la recolecciónde agua pluvial.Estrategia de invierno:Captación solar: ganancia directaen todos los espacios habitables ypor colectores solares.

Cuadro 1 – Análisis comparativo de los proyectos demostrativos, considerando el clima, las exigenciasde confort y la aplicación de las principales estrategias empleadas en cada caso

eficiencia energetica

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