La ONU prevé que para 2050 el 70 % de la población mundial vivirá en ciudades. Las ciudades se manifiestan a través de sus edificios, y estos se encuentran entre los mayores contribuyentes a las emisiones de gases de efecto invernadero. En Singapur, por ejemplo, los edificios y los hogares consumen casi el 50 % de la electricidad, lo que provoca una proporción igualmente elevada de las emisiones de CO2 del país.
El aire acondicionado, al igual que internet, ha sido calificado como una «tecnología transformadora». Ha cambiado los lugares donde vivimos y trabajamos, y la forma en que vivimos y trabajamos. Al acondicionar el interior de un edificio, podemos desvincularlo del clima exterior y hacer posible vivir y trabajar cómodamente en su interior. El problema es que acondicionar los espacios interiores requiere mucha energía. En Singapur, el 70 % de la energía que se utiliza en los edificios se destina a la refrigeración, la deshumidificación y la ventilación.
La temperatura y la humedad del aire interior, así como la temperatura de las superficies interiores, determinan el confort térmico interior. El aire acondicionado convencional utiliza grandes cantidades de aire frío y seco para lograr el confort térmico. Las temperaturas muy bajas asociadas a este proceso (hasta 6 °C) son necesarias para deshumidificar el aire y alcanzar un nivel de humedad confortable. Proporcionar estas bajas temperaturas requiere mucha energía. Además, el aire no es un medio muy eficiente para transportar calor. Por ello, es necesario distribuir grandes cantidades de aire por todo el edificio, lo que exige instalar grandes sistemas de conductos en sentido vertical y horizontal. En Singapur, hasta un tercio del volumen de una planta se necesita para los conductos de distribución del aire. Esto significa que una gran parte de un edificio se construye no para sus ocupantes, sino para albergar los sistemas técnicos necesarios para el aire acondicionado.
Hacer frente a un clima constantemente cálido y húmedo
En 2010 iniciamos nuestra investigación en el Singapore-ETH Centre (SEC) sobre formas más eficientes de proporcionar un clima interior confortable. En el módulo 1 del Future Cities Lab, exploramos nuevos sistemas técnicos y su impacto en el diseño y la construcción de edificios, así como en el confort de sus ocupantes. Llegamos con nuestros conceptos «europeos» de calefacción y refrigeración para climas moderados, plenamente conscientes de que el contexto climático de Singapur es mucho más exigente y extremo. Mientras que en nuestro clima estamos acostumbrados a alternar entre el calor y el frío, y entre periodos secos y húmedos, el clima tropical de Singapur es constantemente cálido y húmedo, lo que lo convierte en el «peor escenario posible» para crear espacios interiores confortables.
El concepto que hemos desarrollado consta de tres componentes principales. El primero es separar la refrigeración (refrigeración sensible) de la deshumidificación (refrigeración latente). En lugar de utilizar aire frío y seco para ambas funciones, distinguimos entre extraer el calor del interior del edificio y eliminar la humedad del aire procedente del exterior. La ventaja de este enfoque es que el proceso de refrigeración, que representa alrededor del 60 % de la carga total de refrigeración, puede realizarse a temperaturas mucho más altas (hasta 18 °C) que las necesarias para deshumidificar; separar estas funciones reduce así la cantidad de electricidad necesaria. Para aplicar este enfoque es necesario cambiar el método de extracción del calor del espacio. Los sistemas convencionales utilizan la llamada transferencia de calor por convección, que se consigue mediante la circulación del aire. Nuestro enfoque se centra en la transferencia de calor por radiación, que se consigue mediante grandes superficies frías y permite refrigerar a temperaturas mucho más altas. Sin embargo, el reto de utilizar esta técnica es evitar la condensación que podría producirse cuando grandes cantidades de aire cálido y húmedo entran en contacto con las superficies más frías.
El segundo componente consiste en utilizar agua en lugar de aire para transportar el calor. El agua tiene una capacidad de transporte de calor mucho mayor que el aire, lo que permite usar tuberías mucho más pequeñas que pueden integrarse fácilmente en la construcción. Ya no hacen falta falsos techos ni suelos elevados extensos para ocultar los sistemas técnicos, por lo que se ahorra volumen.
El tercer componente consiste en utilizar pequeñas unidades de ventilación descentralizadas en lugar de una unidad de ventilación central [1]. Estas pequeñas unidades hacen pasar por la fachada el aire necesario para mantener la calidad del aire interior, lo deshumidifican en el proceso y lo insuflan en la estancia donde están instaladas. Así, deja de ser necesario distribuir el aire por todo el edificio, lo que vuelve a ahorrar espacio y volumen. Además, la unidad puede integrarse en la fachada o en el suelo, por ejemplo, para ahorrar aún más espacio.
Liberar espacio y volumen
Las tres medidas permiten integrar mucho más estrechamente los sistemas de instalaciones con los elementos constructivos, liberando espacio y volumen. También ofrecen posibilidades interesantes para adoptar distintos enfoques en el diseño de espacios interiores y fachadas. Como resultado, es posible ahorrar hasta un tercio del volumen de una planta de un edificio típico de Singapur. De ahí el título del proyecto, «3-for-2» [2]: en el futuro, se podrían construir tres plantas dentro del volumen que ocupan dos plantas de un edificio convencional.
Comparación entre el diseño convencional de edificios (izquierda) y el concepto de edificio «3for2» (derecha), que permite a los promotores inmobiliarios construir tres plantas dentro del espacio habitual de dos plantas, sin afectar a la altura libre percibida entre el suelo y el techo. (Ilustración: SEC FCL / ETH Zurich)
Mediante simulaciones, comparamos nuestro enfoque con el de un edificio «verde» estándar en Singapur. Descubrimos que «3-for-2» no solo proporcionaría un 20 % más de espacio de oficinas, sino que también reduciría el consumo de energía en un 40 % y los materiales de construcción en un 16 %.
Teniendo en cuenta los elevados precios de alquiler de oficinas en Singapur, esto abre oportunidades económicas completamente nuevas. De repente, un «edificio verde» no significa mayores costes, sino mayores rendimientos, por lo que los promotores comerciales también deberían sumarse. Cuanto mayor sea el edificio, mayor será el efecto multiplicador, lo que hace que este concepto resulte especialmente interesante en entornos urbanos densos.
Pruebas en condiciones reales
Para investigar y probar el enfoque y sus componentes técnicos, construimos un laboratorio transportable, el BubbleZERO [3], que se instaló y funcionó durante varios años como parte del Future Cities Lab Singapore. Los prometedores resultados justificaron el siguiente paso: ampliar la escala a un espacio de uso diario, es decir, llevar el concepto de la escala de laboratorio a una aplicación real.
Desde febrero de 2014, se está llevando a cabo la primera implementación del concepto 3-for-2 como parte de un nuevo edificio en construcción en el campus del United World College (UWC), Singapore. Con el apoyo de colaboraciones con la industria, la instalación en 500 m2 de espacio de oficinas permitirá probar y optimizar el sistema en condiciones reales a partir del otoño de 2015. Esta implementación constituye una oportunidad única para investigar y probar el rendimiento energético, así como evaluar el confort térmico y la aceptación por parte de los ocupantes [4].
Este artículo se publica en colaboración con ETH Zurich. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
Para mantenerse al día con la Agenda suscríbase a nuestro boletín semanal.
Autor: Arno Schlüter es catedrático de Arquitectura y Tecnologías de Construcción Sostenible (SuAT) en ETH Zurich.
Imagen: Un niño toca una pared de 45 metros de largo iluminada con rayos de colores. REUTERS/China Daily.
