Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autora
- Ana Isabel Menéndez Suárez, Efinco (Eficiencia Integral Constructiva)
Resumen
Aplicación basada en la optimización de las condiciones bioclimáticas para el diseño de edificios de nZEB, proyecto de desarrollo de nuevas tecnologías para mejorar de un modo objetivo las ganancias solares y minimizar las pérdidas (balance neto positivo) en las fases de diseño conceptual de los proyectos permitiendo ahorros en la demanda energética del proyecto de hasta un 40% sin sobrecostes de ejecución.
La aplicación permitirá en sencillos pasos posicionar la ubicación dentro de la parcela, los espacios designados para la ocupación dentro del edificio y la apertura de huecos con su tamaño óptimo todo en base al diseño generativo que nos permitirá optimizar objetivamente soluciones en base a un balance positivo entre pérdidas y ganancias solares.
La solución obtenida podrá ser exportada a extensión BIM y presentadas en realidad virtual para implicar al usuario final del edificio en la toma de decisiones del diseño.
Tecnología basada en el diseño generativo aplicada al diseño arquitectónico de edificios NZEB
Los nuevos retos planteados en el horizonte 20 nos hacen ver la necesidad de un cambio en el modo tradicional de diseñar edificios, puesto que tan solo desde las fases de conceptualización y diseño de proyectos podemos mejorar el comportamiento futuro del edificio basándonos en la eficiencia energética y el confort final del usuario, llegando a obtener ahorros en la demanda del edificio entorno al 40% sin aplicar ningún sobrecoste en la fase de ejecución del proyecto.
La solución: diseñar edificios inteligentemente utilizando para ello las herramientas tecnológicas que lo apoyen basandonos en conceptos objetivos: la cohesión perfecta entre la arquitectura y la ingeniería.
Para ello, tres empresas surgidas en los últimos años con el objetivo común de ofrecer servicios con nuevos valores añadidos; Efinco, Vortica y Coontigo, se han unido para desarrollar nuevas aplicaciones que permitan mejorar el diseño de edificios.
Soluciones bioclimáticas para edificios inteligentes
Los nuevos retos pasan por un cambio en el modo de diseñar y construir orientado a edificios más inteligentes tanto en sostenibilidad, eficiencia como en tecnología.
En los proyectos constructivos hemos detectado una serie de importantes limitaciones a la hora de diseñar buscando minimizar demandas energéticas desde la fase conceptual.
Siempre nos encontramos con una gran pérdida de tiempos en las fases preliminares de modelizado y simulación energética y al mismo tiempo, nunca estamos seguros de que la solución alcanzada será la mejor. Este reto, siempre nos producía una duda de, hasta que punto podríamos seguir mejorando el diseño del edificio.
Nuestro reto: buscar de un modo objetivo la forma de encontrar soluciones que aportasen valor añadido a los proyectos ofreciendo soluciones arquitectónicas de muy baja demanda energética, sin incremento de costes en diseño ni ejecución y con la seguridad de estar ofreciendo soluciones basadas en criterios objetivos.
La solución la encontramos hace un año aproximadamente, cuando conocimos las soluciones que el diseño generativo ofrece y que aporta al desarrollo de proyectos para edificios inteligentes, las TIC´s se están colando en todos los ámbitos de nuestro día a día, y en el sector constructivo tenemos aún mucho camino que recorrer para estar a la altura del horizonte 20.
A partir de ese momento nos planteamos la idea de cerrar el círculo de la simulación energética en el diseño de edificios; normalmente cuando se realiza la simulación energética se debe introducir los datos de un modelo preconcebido para que el programa los devuelva calculados (energy plus, cype, etc.) y una vez obtenidos, si se quiere mejorar la configuración se han de volver a introducir los datos con las variaciones que el técnico estime oportunas, etc. aquí es donde entra el diseño generativo que conecta programas y cierra círculos, de tal modo que a partir de datos aleatorios crea familias de soluciones que, cada vez se van acercando a mejorar los objetivos que inicialmente se han planteado (ganancias solares, irradiación, iluminación, composición térmica de hojas, etc.) sin intervención de la mano del técnico, el propio bucle se retroalimenta de sí mismo hasta que al cabo de miles de cálculos de variaciones tiende a acercarse a soluciones cada vez mejores, en base al objetivo propuesto.
Para un individuo con un proceso de simulación normal, esto sería inviable; miles de simulaciones llevarían unos periodos de diseño demasiado largos, sin embargo, la tecnología actual nos permite aplicar estas soluciones de forma repetitiva una y otra vez, eliminando así trabajo que realmente no genera valor añadido al proceso de diseño.
La aplicación es de una asombrosa facilidad de uso, proponiendo la mejora de edificios sin implicar incremento de coste alguno, será diseñada para dos tipos de usuarios diferentes;
Usuarios sin perfil técnico: Cualquier individuo que desee plantearse una maqueta de un edificio y quiera jugar con los posicionamientos y distribuciones para mejorar el comportamiento del edificio en sus usos futuros.
Usuarios avanzados: permitirá conectar la aplicación con programas paramétricos (BIM) para una gestión integral de proyectos a través de las herramientas más actuales.
El proyecto distingue tres fases que permitirán al usuario interactuar de un modo rápido y sencillo:
Terreno
Se propone un solar y se busca conocer el mejor lugar para situar el edificio, la aplicación traza una malla de puntos del terreno que contempla las distintas posiciones solares a lo largo de los 365 días del año, también se tiene en cuenta las sombras cercanas y lejanas, de tal modo que la aplicación conoce las ganancias solares y las pérdidas por sombreamientos de montañas lejanas y edificios cercanos.
Así, tras miles de cálculos (de la aplicación, no nuestros) obtenemos el plano en 3D del levantamiento del terreno con todos los puntos de irradiación del terreno para ver de un modo intuitivo a través de la degradación de colores o simplemente pulsando distintos puntos el valor, al final de las interacciones.
La aplicación conseguiría el mejor punto, pero desde una lógica objetiva, no como hasta ahora que es por estimación del técnico desarrollador del proyecto o por los gustos de los clientes. Una vez que conocemos los mejores y los peores puntos, la toma de decisiones pasa a estar objetivizada. El diseñador del proyecto pasa a tomar decisiones sobre valores objetivos cuantificados en base a criterios energéticos para el diseño de edificios nZEB.
Edificación
En una siguiente fase, una vez ubicado los puntos de la parcela donde se desarrollará el proyecto, se crearán distintas estancias en m2 (cocina, habitación, baño, etc.) Para que la aplicación las apile, desde el puntos de vista de optimización solar, organizándolas en base a localizar las zonas con mayores ganancias y menores pérdidas, lo que hace es ir apilando y rotando el edificio hasta encontrar las mejores soluciones desde el punto de vista de la térmica.
Cuando la aplicación haya realizado un barrido de soluciones nos proporcionará los cambios en la demanda energética del edificio en acumulados anuales. De este modo mostrará los datos de la situación inicial de la que partimos y los datos obtenidos mejorados tras el proceso generativo.
Optimización
Contemplará la apertura de huecos al exterior (ventanas y puertas) optimizando la entrada de luz natural de forma uniforme, indicándonos el tamaño y la posición deseable de los huecos para obtener no solo el mejor equilibrio neto desde el punto de vista térmico sino también lumínico, así los edificios no solo consumirán menos sino tendrán un mejor confort gracias a la gestión de la iluminación natural.
El objetivo final, sería un pre-proyecto básico que contemple de modo objetivo las necesidades bioclimáticas y térmicas de los edificios a fin de mejorar su comportamiento en base al horizonte 20/20, el resultado obtenido mejorará el proyecto de forma sustancial, y se ha hecho en un menor tiempo que si de un proyecto convencional se tratara, además nos aportará los datos de consumos estimados que el edificio va a requerir para su “calificación energética” a priori de presentar el proyecto al cliente.
En una fase posterior se pretende poder conectar esta aplicación con programas de diseño arquitectónico de mercado paramétricos (extensión BIM), que permitan exportar e importar datos a fin de facilitar la fase de diseño, obteniendo soluciones en periodos muy rápidos y de alto valor añadido en cuanto a la proyección futura de edificios.
También se ha estudiado la posibilidad de exportar los resultados a través de la realidad virtual, permitiendo de este modo involucrar a los clientes desde las primeras fases del proyecto y permitiendo democratizar aún más la construcción de edificios, puesto que somos conscientes que los clientes no siempre saben interpretar planos, pero si que estas herramientas les permitirán poder integrarse en la toma de decisiones.
Actualmente, hemos conseguido generar un prototipo para simulación, que nos indica un buen comportamiento de las soluciones comparadas con otros resultados reales. Pero aún es temprano para poder decir más del modelo, puesto que los tiempos de espera para el cálculo son muy pesados y la posibilidad de realizar varios proyectos a la vez aún no se ha contemplado.
Hemos estudiado los beneficios de la realidad virtual a través del CAVE que posee la Universidad de Oviedo y los resultados de atención y percepción tanto de clientes, como de arquitectos e ingenieros han sido magníficos, puesto que permite ver y sentir el edificio antes de ejecutarlo.
Agradecimientos
Deseamos agradecer al Ayuntamiento de Gijón su interés por los proyectos de base tecnológica y depositar su confianza en el desarrollo de este en particular.