Por naturaleza, el ser humano se protege y adapta a las diferentes condiciones del clima y medio que lo rodea. La piel desempeña un papel importante ya que para cada clima esta cubierta cambia su color, grosor, hidratación o textura; asimismo, es flexible ante las variaciones de temperatura que experimenta, con lo cual cumple su principal función: protegernos del medio externo.
Uno de los sueños de la arquitectura bioclimática es crear una piel en los edificios que asemeje su funcionamiento al de la piel humana, que sea flexible, proteja, regule y reaccione ante el clima exterior.
En edificios altos la fachada es un elemento importante para resolver problemas de energía y fomentar su sustentabilidad ya que su superficie puede ser aprovechada para integrar otras funciones que vayan más allá de la estética. La envolvente de un edificio, como la piel humana que no es inerte, puede cambiar por sí misma de una forma dinámica con el fin de reducir
el consumo de energía que requiere la construcción, por medio de sistemas simples de control manual o automático, integrando elementos constructivos al exterior con funciones individuales o multifuncionales que se ajustan a las variaciones del ambiente para mantener el confort con el menor uso de energía, ello le da al inmueble una piel con elementos que actúan con autorregulación.
Así como la piel humana está formada por varias capas con múltiples funciones con control integrado, en un edificio la fachada forma parte del sistema estructural y está conectada a sensores que trabajan juntos, todo controlado por medio de un cerebro central.
La fachada bioclimática es un elemento que realiza la función de envolver el espacio habitable interior; su diseño y construcción forman un potente controlador del medio ambiente interior en términos de luz, calor, sonido, ventilación y calidad del aire. Tiene la capacidad de responder a los cambios del medio ambiente de acuerdo con el tiempo, día o año, y para ello reduce el consumo de energía.
Se han desarrollado varios métodos en fachadas, como ventilación natural, enfriamiento durante la noche, manejo de luz de día, generación de energía solar, entre otros.
Ahora las fachadas pueden ser multifuncionales, capaces de cambiar sus propiedades térmicas, transmisión, absorción, permeabilidad, modificar su color, su transparencia, características ópticas, protección térmica y solar, difusión de la luz y seguridad.
Asimismo son capaces de obtener información de los datos ambientales, como velocidades del viento o radiación solar, también se integran elementos físicos hasta nivel manométrico con materiales con propiedades variables y habilidades dinámicas. Hoy es realidad un edificio cuya fachada sea capaz de regularse por sí sola y operar su sistema bajo inteligencia artificial.
Entre las funciones que se pueden integrar a una fachada está el sistema de control del edificio. BMS Building Management System, que es la unidad central que recibe toda la información de los diferentes sensores del exterior, capaz de monitorear el clima, cambios de temperatura, sistemas pasivos y activos, activa el sistema que asegure el más eficiente uso de energía.
La base de datos integrada en una fachada tiene la capacidad de registrar información sobre el clima, almacenar, anticipar el estado de tiempo y calcular los niveles de sombra con base en un sistema de sensores exteriores y un cerebro central, así como realizar la lectura de información ambiental que captura detalles en tiempo real de condiciones climáticas fuera y dentro del edificio.
Estos datos son importantes para determinar el control y toma de decisiones de las tecnologías inteligentes, los datos típicos obtenidos son: temperatura exterior, temperatura de fachada, humedad, insolación solar, temperatura interior, niveles de iluminación natural y velocidad del viento, entre otros.
Al integrar un sistema de manejo de iluminación natural la envolvente tiene capacidad para ajustar los niveles de iluminación con sistemas que responden a los ángulos solares ajustando la posición correcta para obtener óptimos niveles de sombra, reflexión, guía de la luz, control y transporte de luz solar. El control solar en las fachadas está basado en el estudio del movimiento del sol, y con ello es posible dirigir persianas y otros sistemas de sombra.
La fachada multicapas dinámica, que reacciona como un camaleón a su entorno, fue integrada por Mike Davis en sociedad con Richard Rogers.
La fachada multicapas funciona en forma similar a la piel humana, “edificios que respiran”, como se demuestra en el proyecto de la torre RWE AG que se ubica en Essen, Alemania. Las funciones de su doble fachada de vidrio son principalmente el aprovechamiento de la iluminación natural, sistema de ventilación natural, monitoreo de la calidad del aire, ventanas operables, control de temperatura, sistema de persianas y boca de pez, integradas al módulo de fachada, además de que la energía del edificio es parcialmente generada por paneles fotovoltaicos localizados en la cubierta superior.
Las fachadas pueden lograr una independencia energética del edificio al generar su propia energía por medio de sistemas fotovoltaicos, viento u otras energías alternativas integradas. Un ejemplo de ello es la Torre de Turbinas de Richard Rogers, en Tokio, que usa turbinas y celdas fotovoltaicas, o el Centro Cultural de nueva Caledonia de Renzo Piano. La transformación de la luz en electricidad utilizando el sol como fuente gratuita de energía fue propuesta por el físico Henry Becquerel, y la primera fachada del mundo completamente integrada de paneles fotovoltaicos está en Suiza, en el edificio sede de la empresa Flachglass, AG.
También Norman Foster&Partners, en colaboración con Norbert Kaiser, han desarrollado un prototipo de celosía con celdas fotovoltaicas integradas, las cuales son utilizadas como persianas de elementos plegables como en el edificio de la Digital Equipment Corporation DEC en Ginebra, donde se muestra una atractiva aplicación de celdas fotovoltaicas que generan hasta 16 mil kilovatios por hora al año.
El control de ventilación, de temperatura, dispositivos de enfriamiento, sistema de fachada simple y doble o cámara de aire ventilada, son otras funciones que ya se integran en las fachadas en diferentes partes del mundo.
En la torre Swiss Re, proyecto de Norman Foster, localizada en Londres, Inglaterra, su fachada está diseñada con conceptos bioclimáticos que además integran jardines interiores que ayudan a regular la temperatura interior, regulan la velocidad del viento y permiten la ventilación natural por medio de ranuras en su envolvente; este diseño es tan efectivo que no se requiere el uso de aire acondicionado la mayor parte del año.
Pero todo esto no sería posible sin la investigación, la tecnología y un esfuerzo multidisciplinario, en donde el diseño arquitectónico desempeña una tarea importante.
El diseño adaptable al medio ambiente encuentra en complejas estructuras del mundo vegetal y animal muchos indicadores para posibles investigaciones científicas. Un mejor entendimiento de estos sistemas puede ayudar a encontrar un acercamiento holístico a la arquitectura en general. El uso de nuevas herramientas para el diseño del edificio del Comerzbank (Francfort) fue importante para el correcto funcionamiento de esta estructura donde se efectuaron una serie de pruebas y simulaciones para llegar al diseño arquitectónico desarrollando tecnologías y conceptos para el ahorro de energía. Estos experimentos fueron realizados en el departamento de ingeniería de Roger Preston&Partners.
Diferentes elementos se integran a la fachada, como paneles, persianas, parteluces metálicos, persianas de vidrio, de diferentes y nuevos materiales. A su vez, a estos elementos se integran sensores, celdas fotovoltaicas, reguladores de viento, etc.
Algunos ejemplos son los tejidos metálicos, que se utilizan como pantallas de control de viento y control solar externas, las cuales generan sombras y a su vez cambios de ambientación constantes en el interior desde donde éstas resultan casi transparentes. Según su diseño y material, pueden llegar a disminuir hasta el 50 por ciento de aportación térmica en las fachadas.
Por su parte, las persianas de vidrio son utilizadas en fachadas para control solar, regular los niveles de iluminación natural y generar energía. Instaladas generalmente en grandes superficie de vidrio, estas unidades son móviles y controladas automáticamente. Según la posición del sol, pueden ser transparentes, holográficas, estampadas, reflectivas o con células fotovoltaicas opacas, traslucidas o transparentes; se pueden colocar de forma horizontal o vertical. Las hay en diferentes materiales, principalmente en vidrio y aluminio.
A los módulos de fachada se han integrado diferentes tecnologías como vidrios holográficos, persianas integradas, gas argón, entre otros. También se ha buscado mejorar su resistencia al fuego, al agua y al viento, además de ser capaces de operar de forma independiente su apertura para brindar ventilación natural al interior del edificio.
Existen importantes proyectos e investigaciones sobre las fachadas que nos permiten visualizar qué tan lejos se puede llegar y explotar estos volúmenes. Como ejemplo está la propuesta de la “arquitectura biomimédica” donde la ciencia avanza sin pausa. La genética, junto con la nanotecnología y la tecnología de materiales, es una de las ciencias que más tiene para ofrecer en sorpresas y maravillas. Este nuevo concepto conocido como arquitectura genética, se basa en algo llamado «biomímesis», un enfoque que pretende convertir a los edificios en auténticos seres vivos habitables.
Entre las especulaciones que aporta esta nueva rama de la investigación podemos encontrar edificios cuyas fachadas y techos sean de materia vegetal, o incluso de piel, aportando calor de calefacción por medio de venas en las que circula sangre, o savia. Las paredes se calentarían o enfriarían según la estación, y aportarían oxígeno para la ventilación; la estructura sería capaz de obtener por sí sola los nutrientes necesarios para que nuestro hogar se mantenga siempre vivo y en forma.
Firmas de arquitectos como Kennet Yeang, T. H. Hamzah&-Yeang, Norman Foster, Renzo Piano, Richard Rogers, Tomas Herzog, entre otras, han construido una práctica global del diseño ecológico, no es sólo imaginar, es también explotar las fronteras científicas del diseño ecológico y todas las implicaciones de la construcción vertical donde la arquitectura tiene la tarea de mantener un equilibrio responsable, que asegure una mejor calidad de vida.
El proyecto de Yeang, Eco Torres en Londres, es un ejemplo claro del diseño de fachadas bioclimáticas. Este diseño destaca por su paisaje vegetal vertical integrado a las fachadas que protege del clima exterior, uso de balcones verdes. La correcta orientación de su envolvente ayuda a la ganancia de calor en temporada de invierno, y sombra durante el verano; las ranuras en las fachadas norte y sur generan una ventilación natural; a cada fachada están integradas persianas operables que se ajustan a la estación del año; la vegetación además de controlar el viento absorbe cierta cantidad de energía, con lo cual se genera un ecosistema interior agradable.
El proyecto, en conjunto, crea un ambiente más humano para el usuario y gracias a su diseño los sistemas mecánicos de climatización serán utilizados con poca frecuencia.
La fachada de los edificios no serán consideradas por mucho tiempo como una envolvente estática e inerte, una barrera sin una dinámica con el medio ambiente, sino un filtro con energía que pasa por él para ser explotada, una fachada bioclimática será una importante aportación para la envolvente del futuro, diseñada y equipada para tomar ventajas de las nuevas tecnologías nanométricas y ofrecer una nueva estética para la arquitectura bioclimática.
En un futuro las fachadas serán un elemento importante de sustentabilidad de los edificios; en un mundo con 11 billones de habitantes o más, será inevitable la búsqueda de recursos renovables por medio del sol, aire, agua y tierra. Generar energía será un paso importante en el desarrollo de la arquitectura.
Fuentes de Información:
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Peter F. Smith. Sustainability at the Cutting Edge. Emerging Technologies for low Energy Buildings, 2003.
Gissen David. Big and Green, Toward Sustainable Architecture in the 21st Century, 2002.
Sophia y Stefan Behling Sol Power. La evolución de la arquitectura sostenible. Brown. G.Z. Sol Luz y Viento, 1994.
