El Harvard Center for Green Buildings and Cities (CGBC) ha modernizado su sede, un edificio anterior a la década de 1940 ubicado en Cambridge (Massachusetts), convirtiéndolo en un ambicioso living-lab que, basándose en los datos recibidos, ayudará a entender la edificación de nuevas maneras. Este proyecto piloto, único en su clase, funcionará también como un prototipo de ultra-eficiencia. Enfocado en los estándares de eficiencia más rigurosos alcanzados hasta ahora por un edificio rehabilitado, HouseZero tiene como objetivos a alcanzar la energía casi nula para calefacción y refrigeración (no hay sistema de climatización), 100% de ventilación natural, 100% de autonomía diurna (sin luz eléctrica diurna), y cero emisiones de carbono, incluyendo la energía incorporada de los materiales utilizados.
CGBC apuesta por adoptar un enfoque ecológico en los edificios del futuro, en lugar de un enfoque dominado por la ingeniería. Es decir, soluciones inspiradas en los ecosistemas para tratar los edificios como organismos vivos que pueden respirar y adaptarse a su entorno. Esto representa un cambio de paradigma fundamental que podría tener enormes implicaciones para el medio ambiente y la condición humana.
Funcionamiento de HouseZero como living lab
La infraestructura única de HouseZero, o «cerebro», contiene varios km de cables y cientos de sensores (algunos para registro de datos y otros para operaciones del edificio). Integrados dentro de cada componente del edificio, los sensores de datos producirán millones de puntos de datos diariamente.
Estos datos informarán a los algoritmos del software del edificio, lo que inducirá a que el edificio se ajuste, reconfigure y armonice su operación diaria en función de las previsiones meteorológicas. Esto permitirá controlar el ambiente interior sin sistemas HVAC. Los datos y la computación también permitirán a CGBC comprender el comportamiento complejo de los usuarios de nuevas maneras, alimentar la investigación en entornos simulados y desarrollar nuevos sistemas y algoritmos que incorporen la complejidad del edificio y promuevan la eficiencia energética, la salud y la sostenibilidad.
El tercer piso de HouseZero cuenta con un espacio experimental flexible, altamente controlado y monitorizado, denominado LiveLab, que está conectado al sistema de intercambio de energía del edificio. Debido a que el LiveLab está conectado a una estructura ultra eficiente, el espacio permitirá la prueba, el intercambio y la optimización de nuevas tecnologías. El LiveLab es, esencialmente, un «laboratorio dentro de un laboratorio». Un objetivo inmediato es probar nuevas tecnologías que eventualmente pueden reemplazar la bomba de calor subterránea del edificio en condiciones de máxima actividad.
Los sensores permitirán al equipo de investigación de CBGC monitorizar el ambiente térmico del edificio y su operación, y CBGC publicará estos datos a través de una plataforma pública.
Ventilación natural y confort térmico
HouseZero trabaja para redefinir fundamentalmente cómo una estructura puede conectarse y responder a su entorno natural para promover la eficiencia y la salud. En lugar de acercarse a la casa como una «caja sellada», la envoltura del edificio y los materiales de construcción de HouseZero fueron diseñados para interactuar con las estaciones del año y el ambiente exterior de una manera más natural. El edificio se ajustará estacionalmente, e incluso a diario, para alcanzar los objetivos de confort térmico para sus ocupantes.
La modelización energética de CGBC permite predecir con mayor precisión el potencial de ventilación natural. Imagen de Michael Grimm © Harvard Center for Green Buildings and Cities.
Durante el proceso de diseño, varias decisiones fundamentales se centraron en la capacidad para aprovechar el potencial de ventilación natural a tiempo completo, dada su capacidad para reducir sustancialmente el uso de energía y mejorar el confort térmico, lo cual representa un reto importante porque la dependencia del entorno externo aumenta los niveles de incertidumbre mientras que los sistemas tradicionales de HVAC permiten monitorizar de manera confiable la temperatura y el flujo de aire.
Los avances en la modelización energética impulsados por CGBC permiten predecir con mayor precisión el potencial de ventilación natural del entorno local, lo que en última instancia permitió a los diseñadores tomar decisiones a partir de mayor información. Al utilizar la computación y la simulación para desmitificar el comportamiento de los edificios, se ha podido combinar el enfoque ecológico con el mismo nivel de precisión que una estructura mecánica.
Climatización e iluminación eléctrica
Se ha reemplazado completamente el sistema HVAC utilizando un paradigma diferente que se basa en adiciones de masa térmica y superficies radiantes en todo el edificio. Una bomba de calor geotérmica subterránea ha sido instalada para condiciones pico (extremas), que canalizará el agua calentada o enfriada naturalmente hacia el edificio, donde fluirá a través de las losas del suelo dependiendo de la temporada.
El ‘solar vent’ se utiliza para inducir la ventilación por convección natural. Este sistema utiliza la luz solar para crear puentes térmicos para aspirar el aire del sótano ofreciendo una buena ventilación en los momentos de alto nivel de ocupación. La cubierta acristalada está orientada al sol para la carga de un elemento térmico integrado fabricado de ladrillo reciclado para ayudar a la ventilación en los espacios del sótano en ciertas condiciones de ocupación, y las secciones acristaladas en la ventilación solar permiten que la luz natural entre en la escalera.
La ventilación natural cruzada se utiliza para ajustar las necesidades de calefacción y refrigeración en todo el edificio según sea necesario. La ventilación se habilita mediante ventanas de triple acristalamiento que se pueden operar completamente a través de un sistema manual y automatizado, y totalmente monitorizado para controlar la temperatura, la humedad y la calidad del aire. Otros materiales incorporados ayudan a controlar las fluctuaciones de humedad al absorber y liberar naturalmente la humedad en el aire.
La iluminación artificial no se utiliza durante las horas de luz diurna porque el diseño del edificio está optimizado para maximizar el uso de la luz diurna y las soluciones solares pasivas en cada espacio. De este modo siempre que la luz del día esté disponible en el exterior, se proporcionará luz natural dentro del edificio.
Se han empleado estrategias solares para rechazar el sol directo durante los períodos pico de carga de verano, absorber la máxima cantidad de energía solar indirecta (en todas las estaciones) y permitir que el sol directo de invierno penetre en el interior del edificio. Las cubiertas de ventana esculpidas protegen los espacios interiores de HouseZero del sol directo durante los meses de verano para reducir el enfriamiento requerido, pero permiten que el sol de invierno en el espacio reduzca la demanda de calor estacional.
La renovación mejora el nivel de aislamiento de la envolvente, combinado con un alto nivel de hermeticidad del aire al mismo tiempo que garantiza la acústica de la construcción. Las ventanas amplias y los tragaluces con altos niveles de aislamiento proporcionan luz y ventilación, y se dispone de diferentes grados de apertura adaptables para garantizar la dispersión de la luz del día hacia los múltiples espacios.
Cero emisiones de carbono
Mientras que se necesita muy poca energía para operar la casa, el tejado incorpora paneles fotovoltaicos para proporcionar energía eléctrica renovable a la bomba de calor, así como para la energía requerida por los equipos. Se emplea un sistema de baterías para uso nocturno y en condiciones de poca luz solar.
Para abordar los recortes de emisiones propuestos en el Acuerdo de París, HouseZero va más allá al compensar las emisiones ocultas generadas a lo largo del ciclo de vida del edificio: desde la fabricación y el transporte de materiales de construcción y los procesos de construcción, hasta el mantenimiento y el derribo. El excedente de producción está dimensionado para compensar completamente las emisiones de carbono de la energía equivalente utilizada durante la vida útil prevista de la casa, incluida la energía incorporada de los materiales de construcción, operaciones de construcción y enchufes de equipos durante más de 60 años de vida útil. Este excedente de energía limpia será devuelto a la red.
El reto de la construcción de edificios ante el cambio climático
Este proyecto de demostración intenta abordar el desafío ambiental global del cambio climático centrándose en uno de los tipos de edificios más desafiantes, los edificios ineficientes, que representan grandes cantidades de uso de energía y contaminación de carbono en todo el mundo. Si bien numerosos edificios nuevos han alcanzado objetivos de rendimiento energético nulo o positivo, no se ha explorado a fondo el potencial de actualización de los edificios actuales de EE. UU.
Un edificio de energía casi nulo equilibra la demanda de energía y la producción, sin embargo el objetivo principal de HouseZero ha sido diseñar el edificio para una eficiencia máxima, para reducir la demanda energética, mientras que la producción de energía es secundaria. El equipo del proyecto HouseZero señala que tampoco buscará la certificación LEED ni promoverá ningún sistema de calificación en particular, ya que su pretensión es demostrar un edificio único y sostenible que está libre de legado.
El CGBC pretende demostrar que al unir las tecnologías actuales con un mejor diseño, las modernizaciones del parque de edificios existente pueden, de hecho, lograr rigurosos objetivos de eficiencia energética. Al adaptar el inventario de edificios actual en Estados Unidos para alcanzar incluso algunos de los estándares de eficiencia más radicales de HouseZero, se pueden lograr ahorros significativos de energía, que se traducirán en miles de millones de dólares de ahorro por año.
Al crear un prototipo y una infraestructura para la investigación a largo plazo, el CGBC espera aumentar el interés en las modernizaciones ultra eficientes e inspirar cambios sustanciales en el diseño y las operaciones de los edificios.