Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Resumen Proyecto
El proyecto surge de la iniciativa de un conjunto de empresas del sector privado mexicano que apuestan por el desarrollo sostenible formando un consorcio empresarial con el objetivo de desarrollar el primer edificio certificado Net Zero Energy Building (NZEB) en México y América Latina sin sobrecostes para el promotor, puesto que éstos los absorben las empresas de diferente manera. El proyecto consiste en un edificio comercial denominado “Wellness Hub” enfocado al bienestar ubicado en la ciudad de San Pedro Garza García. El edificio tiene la máxima ambición ambiental y en particular energética al proponer una edificación capaz de producir la misma energía que consume a lo largo del año (balance cero). Proponemos una arquitectura que alcance por sí misma un rendimiento óptimo, para que el uso final sea poco demandante de energía y equipamiento mecánico añadido.
Memoria descriptiva
El proyecto consiste en un edificio comercial enfocado al bienestar físico, mental y espiritual, de forma que combina usos muy diversos. El programa se desarrolla en planta baja y cuatro niveles por encima. Además, cuenta con tres niveles de aparcamiento subterráneo.
En la planta baja se concentra el programa más ligado a la actividad comercial y de restauración. En la primera planta se concentran los usos ligados a la belleza. En el segundo nivel encontramos el gimnasio y el spa, igual que en la tercera planta que alberga el segundo nivel del spa y el gimnasio, así como una escuela de música. Finalmente, la planta cuarta, en su mayoría libre, acoge los usos más ligados a la posibilidad de uso de un espacio abierto como la cubierta verde planteada: los espacios de yoga, pilates un salón de té y un espacio de usos múltiples.
Agentes del Proyecto
El proyecto es impulsado por un consorcio empresarial denominado Consorcio Edificios Cero Energía (ECE) conjuntamente con el promotor Capital Natural. El consorcio ECE está formado por las siguientes empresas:
- Promotor: Capital Natural
- Proyectistas: Picharchitects Pich-Aguilera, PGI Engineering
- Dirección Obra: Picharchitects Pich-Aguilera
- Otros Técnicos Intervinientes: PARE (consultor parking),
- Otros Agentes: Turner (gerencia de costes), Cushman & Wakefield (Project management)
Antecedentes
Consorcio NZEB
La Comisión de Estudios del Sector Privado para el Desarrollo Sustentable (CESPEDES) promueve en el sector privado los principios del desarrollo sustentable. Entre sus esfuerzos surgió la iniciativa de impulsar el desarrollo del primer edificio certificado Net Zero Energy Building en México y Latinoamérica con la intención de desarrollar un modelo demostrativo y replicable.
Para vencer la principal inercia en este tipo de proyectos: el sobrecosto, se formalizó un consorcio empresarial con empresas de referencia en el sector de la construcción que tuvieran experiencia en proyectos sostenibles para aportar su conocimiento adquirido y absorber el sobrecosto teórico del proyecto mediante patrocinios de diferentes formas.
Una vez formalizado el consorcio NZEB:MX se procedió a establecer contacto con desarrolladores claves en México para identificar proyectos potenciales que reunieran las capacidades técnicas, económicas y de operación adecuadas para optar a ser el primer edificio certificado NZEB. De entre los diferentes candidatos resultó que el Wellness Hub propuesto por Capital Natural reunía las cualidades más adecuadas para la iniciativa. Capital Natural es una plataforma de capital privado que tiene por objeto el desarrollo inmobiliario. Actualmente administra cinco fondos de inversión con un valor de 500 millones de dólares, entre ellos los desarrollos SOFIA y Arboleda en San Pedro Garza García, México.
Arboleda
Arboleda es un desarrollo de 500.000m2 de construcción en donde se encuentran 17 edificios de uso mixto (residencial, comercial, hotel y oficinas). El master plan fue diseñado por el arquitecto César Pelli bajo especificaciones de la certificación LEED y el IBC. El diseño de Arboleda incluye una variedad de estrategias de sostenibilidad municipal enfocadas a brindar espacios verdes recreativos.
Wellness Hub
El Wellness Hub forma parte de una ambición mayor, que es crear un nuevo centro urbano sostenible, siendo el objetivo del proyecto en Arboleda. La vocación del Wellness Hub es promover un concepto de salud integral para armonizar el cuerpo, la mente y el espíritu; un equilibrio que se traduce en un sentimiento de bienestar total. Al mismo tiempo el centro busca integrar a la comunidad en un espacio que permita fortalecer las relaciones interpersonales, frecuentar grupos de afición, aprender temas nuevos y arraigar el sentido de pertenencia.
Descripción del Proyecto
Implantación
El cuerpo edificado del proyecto actúa como un remate de las visuales a lo largo de la calle principal de acceso al conjunto urbano y constituye un ícono que trata de identificar el lugar. El conjunto se desdobla en dos cuerpos separados, en cuya comisura se crean espacio de vida y visiones cruzadas.
Funcionalidad
El cuerpo suspendido crea un gran atrio abierto sobre la planta de acceso, donde se dispone una gran lámina de agua que propiciará la experiencia de los sentidos y conducirá al público. El edificio puede ser recorrido alternativamente como un paseo peatonal tranquilo o mediante elevadores, pero siendo éstos de vidrio y discurriendo a lo largo del patio vertical en todo momento. Disponemos en planta baja los usos de mayor afluencia pública, extendiéndose además por algunas zonas libres del atrio exterior.
Prestaciones del Edificio
El proyecto tiene la máxima ambición ambiental y particular energética, al proponer que el edificio sea capaz de producir la misma energía que consume a lo largo del año (edificio de balance nulo) y acreditar algunas certificaciones de muy alta cualificación. Proponemos una arquitectura que alcance por sí misma un rendimiento natural óptimo, para que el uso final sea poco demandante de energía y de equipamiento mecánico añadido. Para ello el diseño trata de implicar intensivamente el comportamiento bioclimático de los sistemas, potenciando los flujos termodinámicos, así como otros recursos naturales en la obtención del confort interior.
La configuración del patio central combinada con la topografía abierta de la planta baja, propician un tiraje permanente de aire ascendente, que se refresca al contacto con la superficie horizontal de agua del atrio, a su vez la sombra y la evapotranspiración de la vegetación en altura ayudarán a atemperar este recinto.
Los paños de celosía a lo largo de las fachadas longitudinales a base de piezas de concreto poroso permiten modular la radiación solar y disipar el calor, además de refrescar y canalizar hacia el interior del atrio las brisas rasantes. La estructura de los pisos de concreto implica sus propiedades inerciales hacia los espacios de uso, atemperando las puntas para paliar el esfuerzo de los sistemas mecánicos.
Es evidente que para alcanzar los niveles y cadencias requeridas en el confort interior de las distintas estancias deberemos instalar sistemas de climatización mecánica, pero entendemos estos equipos como una dotación complementaria y no totalitaria. El edificio bien puede funcionar durante largos periodos del año sin más aportación que la precisa combinación de su propio bioclimatismo, y para ello habrá que dotarlo de mecanismos tecnológicamente avanzados que permitan monitorizarlo y gestionarlo automáticamente. La demanda energética que requiera finalmente a lo largo del año se verá compensada por una producción equivalente de energía renovable, producida por la gran pérgola superior, compuesta por paneles fotovoltaicos que además de sombrear actuarán como una planta de generación eléctrica.
Memoria Constructiva
Sustentación del Edificio y Sistema Estructural
Se propone una solución de cimentación mediante un cajón de cimentación. Independiente de la solución de la cimentación, En los niveles de aparcamiento subterráneos, se considera en el proyecto estructural un muro de hormigón reforzado que resista la presión debida al empuje horizontal de tierras y proporcione rigidez adicional a la estructura perimetral en dichos niveles.
La superestructura del edificio se resuelve con marcos formados a base de elementos de acero estructural A-50 y vigas prefabricadas de hormigón pretensado tipo “TT o pi”. La solución estructural de los niveles de sótano y la cimentación se considera en concreto reforzado. En la dirección transversal se forma un sistema de un solo marco sismo-resistente con distancia entre pilares de 20 m. En la dirección longitudinal existen marcos con columnas uniformemente espaciadas a cada 2.5 m. Las cargas muertas y vivas que reciben los forjados se trasmiten por áreas tributarias a las vigas principales que a su vez trasmiten la carga a los pilares de los niveles superiores.
Los pilares que vienen de los niveles superiores pierden continuidad en la planta 1 apoyándose en una viga de acero de transferencia, la cual está soportada por pilares circulares de acero. Estos últimos pilares que se encuentran en el nivel de planta baja y están orientados verticalmente con excepción de un eje de apoyo, donde dos pilares forman una figura triangular en “V”.
El sistema de forjado es mixto resuelto con vigas TT en las luces mayores y chapa colaborante en las luces más pequeñas. Se propone la presencia de elementos diagonales de arriostramiento en forma de “X” en el nivel 1 del edificio.
Sistemas de Envolventes y Acabados
El proyecto se plantea como una infraestructura. Es por ello que prácticamente carece de acabados, pues son los propios elementos constructivos aparentes los que conforman en gran parte su aspecto exterior. Entre ellos destaca la estructura metálica aparente en las fachadas, de la misma forma que las vigas TT o la celosía de hormigón.
El papel de la envolvente en el proyecto es fundamental para cumplir con la meta cero energía. La envolvente del proyecto se centra en tres estrategias pasivas:
- Protección solar. En una latitud como en México la radiación solar es la principal fuente de sobrecalentamiento de los edificios. Por ello se propone una celosía de hormigón poroso que por una parte evita la incidencia solar y por otra parte está diseñada para estar siempre húmeda, aprovechando el agua de lluvia y de condensación de los aires acondicionados, de forma que al pasar el aire caliente y seco por esa superficie se refresca de forma natural (refrigeración evaporativa). Los voladizos de las fachadas este y oeste, con el apoyo de cortinas exteriores, ayudan a evitar la incidencia solar directa. Además la gran pérgola fotovoltaica ubicada en la cubierta protege al edificio de la radiación solar directa en toda su huella.
- Aislamiento térmico. Como todo edificio comercial tiene una gran superficie acristalada. Es por ello que es de vital importancia que sea lo más eficiente posible. todas las fachadas acristaladas cuentan con carpintería de aluminio con rotura de puente térmico y vidrios triples con doble capa de baja emisividad y cámaras de aire con argón. En cuanto a las fachadas ciegas y la cubierta el edificio cuenta con altos espesores de aislamiento térmico.
- Inercia térmica. Monterrey se caracteriza por su clima muy extremo, con grandes saltos térmicos entre el día y la noche y cambios muy rápidos en la climatología. Es por ello que el proyecto concentra la inercia térmica en sus forjados como una serie de bandejas masivas que tengan la capacidad de almacenar energía y compensar las puntas térmicas, tanto de frío como de calor.
Para cumplir con los requisitos ambientales y de la eficiencia energética, se ha realizado un estudio profundo del comportamiento climático de la celosía de hormigón poroso. En colaboración con los laboratorios de la empresa productora de hormigón Cemex, se ha desarrollado una composición especial del panel prefabricado, compuesto de 2 variaciones de hormigón- uno que forma la parte resistente que absorbe las cargas verticales y horizontales, y acomoda el anclaje, mientras que otra parte del panel se ejecuta con hormigón poroso, cual proporciona la mayor parte del comportamiento climático de la celosía. Para asegurar el comportamiento correcto de la pieza en su posición final, se está haciendo simulación del comportamiento térmico de la pieza, y se plantea un ensayo para comprobar los resultados de la simulación en condiciones reales.
Sistemas de Acondicionamiento e Instalaciones
El principal condicionante del proyecto es que la certificación NZEB exige que toda la energía consumida por el edificio sea generada de forma renovable y en sitio, descartando cualquier fuente por medio de combustión. Eso obliga a concentrarse en sistemas eléctricos para la generación de frío o calor. El edificio estará conectado a la red eléctrica municipal, de forma que puede tomar energía de la red en momentos de mayor consumo de energía que generación y devolverla a la red en momentos de sobreproducción, dependiendo de la climatología y el horario.
El edifico está conectado a una red local de climatización “district cooling”, de forma que toma el agua fría para refrigeración de la red centralizada del barrio. Sin embargo, tiene que compensar esa aportación de energía con la generación fotovoltaica.
Se propone un sistema de climatización descentralizado, de forma que el edificio tendrá mejor flexibilidad para responder a requerimientos de locales tan diferentes como puede ser un spa o un gimnasio.
Calefacción
Puesto que la certificación NZEB prohíbe cualquier tipo de combustión, toda la calefacción es mediante resistencias eléctricas en los fancoils de los locales comerciales.
Refrigeración
El sistema de refrigeración consiste de una red de agua fría, que se distribuye por el edificio. La alimentación principal de agua fría se nutre de un anillo exterior general proveniente del “district cooling”. Se cuenta con un intercambiador de calor del cual se alimentará la red de agua fría que discurre por el edificio y llega a cada uno de los locales para alimentar los equipos de climatización. Se instalará un medidor de energía a la entrada de cada local para cuantificar el gasto de manera individual.
Ventilación
El sistema de ventilación en el aparcamiento consiste en un sistema mecánico con extracción e inyección de aire forzada mediante ventiladores.
Para los diferentes locales comerciales y zonas de servicios generales se propone realizar la renovación de aire mediante recuperadores de calor entálpicos. Estos recuperadores de aire recuperan hasta un 77% del aire de salida, contribuyendo a un edificio más ecológico y económico.
Iluminación
Toda la iluminación propuesta para espacios comunes, así como locales comerciales es tipo LED Esta tecnología es la más eficiente que existe en la actualidad. La baja potencia de sus luminarias y su alta eficiencia lumínica reduce el consumo eléctrico manteniendo unas prestaciones ideales. Además, reduce los tamaños de los tableros eléctricos y el calibre de los conductores.
Automatización y Control
En un edificio de tan altas aspiraciones donde se mide el consumo real del edificio es muy importante el papel del usuario final. Es por ello que la automatización juega un papel fundamental para cumplir el objetivo cero energía. Por ello el proyecto cuenta con un sistema BMS donde se integran todos sistemas de control de iluminación, climatización, así como el consumo y generación de energía en tiempo real entre otros.
Influencia de las estrategias pasivas
La aportación innovadora del proyecto Wellness Hub se refleja sobre todo en la aplicación de las estrategias pasivas del acondicionamiento del edificio. Como el proyecto cuenta con superficies exteriores amplias que forman parte de los recorridos y de las funciones principales del edificio, se considera también el microclima que se producirá en estos espacios, térmicamente considerados como intermedios. Gran aportación es este sentido tiene la celosía de hormigón poroso, que aparte de aportar sombra e inercia térmica, también conduce las brisas hacía el edificio y proporciona el efecto de la refrigeración evaporativa. El aire más fresco del espacio intermedio resultante de estos procesos influye también a él acondicionamiento del aire interior, considerando que una parte importante de los cerramientos se orienta a los espacios del patio- el espacio intermedio, por lo tanto, se minimiza el salto térmico con el espacio interior.
Figura 7. Sección esquemática de las estrategias de acondicionamiento.
Energías Renovables in situ o en el entorno
El proyecto cuenta con dos pérgolas fotovoltaicas en la cubierta del edificio de 650m2 aprox. cada una con una potencia total instalada de 269.85 kW. Esta instalación es capaz de abastecer el proyecto de toda la energía consumida en el ciclo anual. La pérgola está formada por módulos JA Solar de 350W, microinversores Enphase IQ+ y bases Everest de aluminio anodizado con tornillería de acero inoxidable.
Presupuesto y viabilidad económica
La particularidad del proyecto es el consorcio empresarial que lo impulsa con el motivo de generar un primer proyecto demostrativo en México que marque nuevas formas de construir, más eficientes, respetuosas con el medio ambiente y, sobretodo, replicable. Para ello, el compromiso del consorcio fue absorber el teórico sobrecoste de un proyecto de esta ambición de forma que el promotor no tuviera que invertir más recursos pero sí se quedara con los beneficios de su operación. El proyecto inicial que tenía previsto construir el promotor debía cumplir con la certificación LEED Oro. Es por ello que el consorcio absorberá el diferencial económico entre un edificio LEED Oro, ya de por sí eficiente, y un edificio cero energía. Este sobrecoste se absorbe de diferentes maneras, algunas más tangibles como descuentos o aportación de material de los proveedores, y otros más intangibles como el tiempo y expertise del equipo técnico que diseña y coordina el proyecto. En este presupuesto no se consideran los enormes ahorros en la operación del edificio, los ingresos mayores en alquiler o el beneficio en imagen del promotor.
Certificaciones energéticas y ambientales
El proyecto aspira a tres certificaciones ambientales:
Certificación Net Zero Energy Building
El sistema de certificación Net Zero Energy Building utiliza la plataforma de uno de los sistemas de certificación más exigentes que existen en la actualidad, el Living Building Challenge, y tiene como objetivo guiar a los proyectos que lo persiguen a convertirse en proyectos que se libren de los combustibles fósiles para la generación de la energía que utilizan.
Para obtener la certificación, se tiene que demostrar a través de registros de consumo energético del edificio durante su operación, que se genera el 100% de dicha energía a través de sistemas renovables de generación, y sin utilizar combustibles fósiles. Se requiere cumplir con los siguientes imperativos del sistema Living Building Challenge:
- Pétalo de Energía: Imperativo 06, Net Positive Energy
- Pétalo de Belleza: Imperativo 19, Beauty & Spirit; Imperativo 20, Inspiration & Education
- Pétalo de Sitio: Imperativo 01, Limits to Growth
Certificación LEED For Core And Shell V2009
LEED, que significa Liderazgo en el Diseño Energético y Ambiental (Leadership in Energy and Environmental Design), es un sistema de calificación de reconocimiento internacional para edificios verdes. Este sistema de calificación provee verificación externa que un edificio fue diseñado utilizando estrategias enfocadas a las mejoras del desempeño en las áreas que más impactan son: Ahorro de Energía; Eficiencia en Uso de Agua; Reducción de Emisiones de CO2; Mejora de la Calidad del Ambiente Interior y Manejo Adecuado de los Recursos.
Certificación WELL Building Standard V1 Core And Shell
El sistema de certificación WELL Building Standard es el primer sistema que se centra por completo en la salud de los ocupantes del edificio. Requiere la combinación de estrategias en diseño, construcción, y operación de un edificio, que no solamente previenen el potencial impacto a la salud relacionado con el medio construido, sino que promueven prácticas que maximizan el bienestar de los ocupantes. Se enfoca en siete conceptos de aplicación: Aire; Agua; Nutrición; Bienestar Físico; Confort y Mente.