Adaptación de la envolvente en los edificios
La mayoría de las definiciones de envolvente de un edificio establecen significados de cerramiento o una separación entre el interior y el exterior, que proporciona funciones de soporte, control, acabado (estético) y distribución de servicios. Sin embargo, resulta más interesante pensar en la envolvente del edificio, sin distinción entre muros y techo, como una interfaz y no como una separación, entre los factores ambientales externos y las demandas interiores de los ocupantes (Del Grosso & Basso, 2010), es decir la envolvente del edificio como un moderador ambiental (Wang et al., 2012). Tradicionalmente se ha buscado que los edificios reflejen la realidad de las características climáticas y culturales a través de la envolvente, tal y como se puede observar en la arquitectura vernácula (Zhai & Previtali, 2010). Sin embargo la aparición de los procesos de fabricación industrial en serie sumado a tendencias arquitectónicas como el Estilo Internacional desarrollado durante la primera mitad del siglo XX, ha repartido por ciudades de todo el Mundo grandes prismas acristalados, o cajas de acero y vidrio, que no corresponden a los valores estéticos locales ni a las condiciones climáticas del lugar (Chávez del Valle, 2002).
Los condicionantes descritos hacen de la envolvente un sistema estático e inerte, responsable directa en el rendimiento y la eficiencia energética de los edificios, sobrepasando el consumo energético por parte de los sectores de la industria y transporte (Pérez-Lombard et al., 2008), y en consecuencia, el sector de la construcción contribuye en casi un tercio del total de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (Ürge- Vorsatz et al., 2012).
Diferentes informes que redactan este problema (OECD, 2006) (OECD, 2009a) (OECD, 2009b) (IEA, 2008) (Kamal- Chaoui & Robert, 2009) han llevado a las autoridades urbanas a desarrollar soluciones políticas innovadoras de planificación y gestión urbana para reducir la demanda mundial de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero (Kamal-Chaoui & Robert, 2009). Esto se refleja en la forma en que la Unión Europea ha estado desarrollando un gran número de programas de fomento de la eficiencia para la investigación y la innovación, como el marco Horizonte 2020 (European Commission, 2011), donde se propone que la eficiencia energética sea elevada a un nivel superior a través de «la aplicación coherente de estrategias de diseño pasivas y activas para reducir las cargas de calefacción y refrigeración», «aumentar la eficiencia energética de los equipos» y «el uso de energías renovables” (Stevanovic, 2013). Algunos de estos programas se centran en la rehabilitación de edificios, o en la instalación de tecnologías de eficiencia energética, especialmente en fachadas. Los mejores materiales de aislamiento, fuentes de energía más ecológicas, una financiación más eficiente y un mejor uso de la tecnología de la información y la comunicación son algunos de los principales caminos que se están explorando (Skou, 2013). Además, el Código Técnico de la Edificación, en su exigencia básica de Ahorro de Energía, cita lo siguiente: “los edificios dispondrán de una envolvente de características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano y de invierno, así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación (…) que puedan perjudicar sus características”.
Por todo ello, uno de los mayores retos a los que tiene que hacer frente la envolvente del edificio es la regulación de los parámetros ambientales, tanto internos como externos, cambiantes en todo momento, dependiendo del uso y ocupación del edificio, los factores climáticos o la época del año o la hora del día. La radiación solar, la temperatura, la humedad, el viento, el ruido y el dióxido de carbono son los parámetros ambientales básicos que afectan al edificio, influyendo significativamente sobre las demandas de confort de los ocupantes, así como el rendimiento del edificio (Omrany et al., 2016). A pesar de que las características climáticas de cada zona son parámetros variables, las fachadas convencionales son en su mayoría estáticas, y en consecuencia se requiere de grandes cantidades de energía para controlar el confort interno, pues ya sólo el consumo de energía destinada a las instalaciones de calefacción y refrigeración de espacios interiores representa el 60% de la energía total consumida en los edificios (Omrany et al., 2016).
La adaptación en la Naturaleza
Los organismos vivos, a lo largo de la evolución han desarrollado diferentes estrategias de adaptación para hacer frente a los diversos aspectos ambientales. Las soluciones biológicas de adaptación encontradas en la Naturaleza son de sumo interés debido a su complejidad, multifuncionalidad y capacidad receptiva. A diferencia de nuestros edificios, que permanecen inertes, los objetos vivos responden al ambiente y son capaces de adaptarse a las cambiantes condiciones del clima (Armstrong, 2012). Las envolventes en la naturaleza son superficies multifuncionales que surgen de una compleja interacción entre la morfología superficial y las propiedades físicas y químicas del organismo biológico como respuesta de adaptación al medio.
Si comenzamos a analizar las diferencias entre el modo de hacer o construir en el mundo natural y el artificial rápidamente observamos dos conceptos totalmente opuestos: adaptación frente a estaticidad, vida frente a inercia. A diferencia de los edificios, que permanecen inertes, los organismos vivos responden al medio que les rodea y son capaces de adaptarse a sus condiciones cambiantes. Una de las más importantes consecuencias de esta falta de diálogo entre los edificios y su medio es la gran cantidad de energía que se consume en calefacción, refrigeración, ventilación o iluminación para satisfacer las demandas de confort de los ocupantes. La falta de adaptación de los edificios, con soluciones estáticas en fachadas, frente a factores ambientales cambiantes se traduce en el 33% de las emisiones de carbono por parte del sector de la construcción . La clave está en la adaptación y por tanto una nueva arquitectura adaptativa es necesaria para mejorar el rendimiento energético. Crear edificios que respondan a la definición de adaptación, esto es el proceso evolutivo por el que un organismo se vuelve más capaz de vivir en su hábitat . Edificios como organismos. Edificios vivos que respiran. Edificios que cambian continuamente en respuesta a los diferentes estímulos externos, a través de la la aplicación de la biomimética.
Envolventes arquitectónicas vivas que interactúan con su entorno
La investigación “Envolventes arquitectónicas vivas que interactúan con su entorno” se fija en las hojas de las plantas y sus estrategias de adaptación a diferentes climas. Debido a su inmovilidad, las plantas a diferencia de los animales, no pueden ocultarse o buscar protección. Las plantas, al igual que los edificios, carecen de desplazamiento y permanecen sujetas a una ubicación determinada, por lo que tienen que resistir a las condiciones climatológicas que les afectan en cada momento. Sin embargo, las plantas, a diferencia de los edificios, han sabido adaptarse al medio, a través de procesos de evolución a lo largo de millones de años, desarrollando mecanismos y estrategias para resistir las condiciones climáticas que les afectan en todo momento. Estos mecanismos y estrategias de adaptación son el punto de partida para llegar a entender cómo, por ejemplo, una planta de un clima desértico gestiona la captación y almacenamiento de agua, cómo evita la deshidratación o cómo sobrevive a los grandes cambios de temperatura entre el día y la noche. De igual manera se estudian las adaptaciones de las plantas de los climas templado, boreal o polar. Se analiza la interacción de la planta con su entorno para luego realizar una síntesis y una abstracción de los términos biológicos a términos constructivos. Se traducen las adaptaciones de la naturaleza a la arquitectura, de las plantas a los edificios, con el fin de desarrollar un nuevo tipo de envolvente que interactúa con el medio que la rodea.
Como principal objetivo de la investigación se desarrolla una metodología de trabajo que permita entender los principios biológicos de adaptación según términos arquitectónicos y, basándose en ellos, poder generar diseños conceptuales de envolventes para edificios que se adaptan eficazmente a las condiciones climáticas del entorno. Por ello, se presenta la metodología “De las plantas a la arquitectura” como una herramienta útil para ingenieros y arquitectos durante las primeras etapas de diseño en el proyecto constructivo. Ésta, ayuda a entender cómo se pueden utilizar los principios de adaptación encontrados en las plantas en la Naturaleza para crear envolventes en edificios, explorando así nuevos caminos para lograr el ahorro energético en las edificaciones y contribuir a reducir el impacto ambiental, desde el diseño y comportamiento de la envolvente, sin depender únicamente de sistemas convencionales de acondicionamiento interior, tal y como se viene haciendo hasta ahora.
La biomimética ofrece un nuevo enfoque para el de diseño de fachadas adaptativas que podrían reducir la complejidad y el gasto en calefacción, refrigeración, ventilación o iluminación y por lo tanto conseguir un ahorro de energía en los edificios. Se abren nuevas perspectivas para posibles nuevas soluciones técnicas que muestran el potencial de las adaptaciones de las plantas a las diferentes zonas climáticas. Desde la inspiración botánica a la materialización arquitectónica. Edificios vivos que respiran como si de plantas se tratasen. Una nueva revolución, la biológica, ha comenzado y la arquitectura del futuro ha llegado a los laboratorios.
