Comunicación presentada al III Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- María Dolores Donaire Galiano, Miembro Grupo de Investigación, UCJC
- Rafael Hernández López, Investigador Principal, UCJC
- Elena Turrado Domínguez, Miembro Grupo de Investigación, UCJC
Resumen
PielSen es una forma de hacer arquitectura ambientalmente consciente a través del diseño de envolventes en convivencia directa con la tecnología, el entorno y el usuario. Inspirada en la piel humana es capaz de comportarse como sistema homeostático regulador del confort interior, sistema de comunicación capaz de relacionarse con el entorno que lo rodea y sistema con capacidad de reacción y adaptación frente a estímulos del ambiente exterior y necesidades del ambiente interior. Avanza sobre los sistemas de climatización a través del diseño de poros, pliegues y teselas que se ajustan en su dimensión y material a las necesidades demandas. Su estructura flexible posibilita el movimiento y la captación de energía hace viable su aplicación urbana.
Introducción
La piel es el mayor órgano del cuerpo.
Actúa como barrera protectora que aísla al organismo del medio que lo rodea, protegiéndolo y contribuyendo a mantener íntegras sus estructuras, al tiempo que actúa como sistema de comunicación con el entorno.
PielSen, pieles sensibles, es un sistema artificial que adapta al edificio a las condiciones externas del entorno creando ambientes con estados de confort. La reinterpretación natural de los elementos configurantes de la ciudad impulsa y promueve el uso de un sistema como solución que forman parte de los edificios Inteligentes, tanto en la rehabilitación, como en la nueva construcción contribuyendo a reforzar la integración entre los objetos (edificios) y el medio (la ciudad).
Un sistema compuesto por piel, poros y pliegues.
La piel
Sobre la colonización de edificios existentes, un código de colores para los atributos de cada una de las unidades de las teselaciones heterogéneas con características y texturas que lo personalizan. Teselas que se perfeccionan aprovechando las posibilidades que el sistema ofrece para avanzar en climatización, absorción de sonido, anti microbios, reductores de luz, repelentes de agua e ignífugos. Si la piel es sensible se abre de día y cierra de noche en invierno, y cierra de día y abre de noche en verano un número de veces diferente. Los pliegues tienen la capacidad de cambiar del estado de reposo a plegado o semi-desplegado, reaccionando frente a las condiciones externas creando ambientes con estados de confort.
Caracterizar mediante escamas deformables la proporción superficial de las teselas mediante una geometría absortiva que reacciona ante estímulos exteriores con la conectividad que transmite la reacción.
En edificios existentes mediante perforación del cerramiento se insertan los poros distribuidos, según un estudio previo, sobre la superficie base. Sirven de conexión entre el interior y el exterior.
Los poros
Los poros se abren y cierran. El movimiento en cada una de sus escalas.
Poros sensorizados con una configuración acumulativa que conecta los pliegues con las teselas y la piel. Cápsulas regulables con reacción instantánea y con posibilidad de implementación de captación, registro y reacción.
Pielsen, permite controlar las condiciones climáticas externas a través del sistema de piel artificial, algo que algunas envolventes de edificios ya hacen, pero la novedad es que proporciona un segundo mecanismo innovador para responder frente a estas condiciones. El sistema, permite que la radiación térmica, el aire y el vapor de agua pasen a través de él, pudiendo ser utilizado para conseguir en el interior del edificio el estado de confort deseado.
Los pliegues
La piel se superpone a la fachada existente aportándole la flexibilidad y capacidad de reaccionar frente a las condiciones climáticas externas dependiendo de la orientación o de la estación del año en la que nos encontremos. Para desarrollar este sistema, combinamos el uso de sensores receptores, sistema de movimiento mecánico y sistema de funcionamiento a partir de energías renovables como puede ser la energía solar, eólica, electrostática o electromagnética.
El resultado es una piel que se subdivide de tres capas en los edificios existente: una capaz de leer toda la información exterior a nuestro edificio, compuesta por sensores; otra que reacciona frente a estos datos, proporcionando las condiciones de confort deseadas, se muestra visible y da carácter a la envolvente del edificio y una tercera en el interior del edificio, formada por sensores, que contraste los datos obtenidos del exterior con las necesidades que se producen en el interior.
La estructura es un esqueleto articulado con elementos tridimensionales. La estructura, que es vista, tiene además otra particularidad, y es que presenta una subestructura formada por teselas las cuales poseen diferentes características: capta luz durante el día, y la desprende por la noche, reacciona frente a los niveles de contaminación, se adapta a la dirección de los vientos, ayudando a refrigerar el sistema, ajustándose a las necesidades de confort deseadas.
El sistema consta de una estructura tridimensional principal, la cual se aprovecha para contener los circuitos necesarios para el funcionamiento del sistema de sensores y movimiento de la piel. Esta estructura está diseñada además para moverse, reaccionando con la información que emiten dichos sensores en función de las necesidades.
Como estructura secundaria encontramos lo que llamamos “teselas”, piezas de diferentes materiales y dimensiones encargadas de dar respuesta a las necesidades del sistema. El diseño en cuanto a materiales, texturas y colores es personalizable, depende del edificio de actuación y del acabado final estético que se quiera conseguir.
Como estructura secundaria encontramos lo que llamamos “teselas”, piezas de diferentes materiales y dimensiones encargadas de dar respuesta a las necesidades del sistema. El diseño en cuanto a materiales, texturas y colores es personalizable, depende del edificio de actuación y del acabado final estético que se quiera conseguir.
Cada uno de estos elementos definen espacios del estado estructura: estado de reposo (ER), sistema de recogida de datos y lectura de información que contraste las condiciones climáticas del exterior con las del interior y ponga en marcha el mecanismo de protección; plegado/desplegado (EP/ED): estados que puede adquirir el sistema según la situación a la que se someta, teniendo en cuenta diferentes parámetros y variables exteriores.
Materiales
Además de la particularizada estructura, encontramos una peculiaridad notable, relacionada con el material que lo conforma el sistema, y es la composición de teselas en la piel. Buscando la ecoeficiencia del edificio, se cubre con esta piel la superficie estimada según las exigencias necesarias, que conseguirá un ahorro energético. El conjunto de materiales que forman las teselas tiene unas características muy especiales: se consigue un filtro solar y una fachada, se distribuye, consiguiendo piezas del tamaño que se desee, personalizando el diseño final; coeficiente ultra violeta de protección solar; ligereza; elasticidad, encuentro de la forma geométrica. Además, es antiadherente, lo que impide que se ensucie y requiera un mantenimiento de limpieza. Y no pierde sus características de elasticidad, transparencia y dureza con el tiempo.
La solución planteada utiliza la densidad del aire para crear un filtro solar. La piel de está compuesta de escamas que disponen de hasta tres cámaras de aire. Esto, no sólo mejora el aislante térmico, sino que también permite la creación de sombra. Así, se produce un efecto de luz tamizada como si se tratase de una celosía.
Una celosía inteligente. La capa de en medio es la que consigue crear la sombra. La primera capa es transparente; y la tercera, dispone de un patrón de diseño que, gracias a su mecanismo de movimiento, se complementan, creando una sola capa opaca.
Instalaciones/ Energía
Con el mecanismo de movimiento del sistema se consigue gestionar toda una fachada, sin mecanismos adicionales, y con unos resultados muy favorables y energéticamente económicos al aprovechar las energías latentes.
En el caso concreto situado en el hemisferio Norte, como premisas generales se tiene en cuenta la orientación de las fachadas:
- Fachada nor-este. Según el estudio solar previo, esta orientación de fachada recibe aproximadamente unas 3 horas de sol al día durante la mañana y no es necesario un sistema de protección solar externo. Además, dispondrá de un sistema de protección interno.
- Fachada sur-este. Esta fachada recibe aproximadamente 6 horas diarias de sol, por lo que es necesario un sistema solar externo, que tenga eficacia lumínica y regule la cantidad de luz que pasa al interior: aquí es donde entran en juego los tipos de teselas. En esta cara, además es donde cobra mayor protagonismo el movimiento y reacción de la piel frente a las condiciones climáticas.
- Fachada sur-oeste. Esta fachada recibe también aproximadamente unas 6 horas de sol diarias.
Es un sistema que se reconfigura a la escala de la ciudad en el prototipo en desarrollo ADAPT @ 1.0.
Agradecimientos
El Proyecto Pielsen de Arquitectura Homeostásica 3D envolvente para crear piel sensible inteligente adaptativa en fachadas de edificios ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades asi como por los Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) bajo el subprograma Retos-Colaboración 2017 con el nºExp.: RTC-2017-5945-3.
Referencias
- Hernández, R. Recursos medioambientales aplicados a la arquitectura contemporánea. CONAMA 2012. Madrid. ISBN 978-84-695-6377-9.
- Hernández, R. Los zahoríes de la energía. I Congreso SMART GRIDS 2012. Madrid.
- Hernández, R. et Turrado, E. Investigación sobre pieles sensibles. CONAMA 2016. Madrid ISBN 978-84-617-7390-9.
- Turrado, E. et Hernández, R. Regeneración urbana a través de los espacios exteriores. CONAMA 2016.Madrid ISBN 978-84-617-7390-9.