Edificios resilientes: una respuesta ante el cambio climático

En principio, se deben considerar tres componentes: el ambiental, el tecnológico y el biológico

David Morillón Gálvez / Figuras: cortesía del autor

Imagen superior. Con tres aerogeneradores incorporados a su estructura, el Bahrain World Trade Center, en la ciudad de Manama, en Baréin, es un ejemplo de una edificación resiliente

Los edificios causan diversos impactos ambientales, aunque también están expuestos a ellos. Las medidas para su mitigación van desde soluciones para la calidad interior de los edificios, del sitio y del suelo; uso de materiales adecuados, conservación del agua, eficiencia energética e innovación. Todas se centran en el funcionamiento del edificio con base en las condiciones climáticas actuales, sin tomar en cuenta escenarios de riesgo y mucho menos la resiliencia ante estos.

Las construcciones están expuestas a varios tipos de amenazas: biológicas, meteorológicas, sismos, actividad volcánica, movimientos de tierra, por mencionar algunas, pero, también se presentan otras variables, las antropogénicas. En las últimas décadas, un peligro que ocupa un lugar predominante en las agendas académicas y políticas internacionales es el cambio climático.

En las bases de diseño y funcionamiento de un edificio se ha considerado evitar o disminuir el daño por riesgos, sísmicos y meteorológicos, como ciclones y huracanes. Así pues, el criterio utilizado a partir del comportamiento estadístico de éstos no es suficiente. Es necesario tomar en cuenta la capacidad de recuperación y adaptación de un sistema ante el daño, al igual que el papel que desempeñan las personas en su interacción con el proceso. Al control de las amenazas, la recuperación ante los impactos y daños en la infraestructura, en las personas y en el conjunto de servicios para el funcionamiento de la comunidad en los aspectos ecológico, social y el relacionado con la infraestructura se le ha designado resiliencia.

Este concepto, aplicado a un edificio inteligente y sustentable, debe aludir al uso de materiales y prácticas respetuosos con el ambiente desde su planeación, ubicación, diseño, construcción, operación, demolición y recuperación, con respuesta para la adaptación ante el cambio climático.

Ante este fenómeno, el edificio puede presentar problemas que lo hagan inhabitable o de alto costo de operación para ser confortable. Con objeto de mostrar dicho impacto, se explica a continuación cómo se consideran las afectaciones en el confort o bioclima, consumo de energía y emisiones de CO₂ en la zona cálida seca del país, en el periodo 1980-2010, así como una proyección al 2050 (Figura 1 y 2).

En los rangos temporales seleccionados, es posible observar cambios en los valores de las temperaturas máximas, medias y mínimas promedio, con aumentos de entre 2 y 4 °C, lo cual es evidencia del efecto del cambio climático. Se realizó el estudio del bioclima para cada uno de los dos periodos y se obtuvieron los diagramas de sensaciones térmicas, en los que se identifican condiciones de calor, confort y frío para cada mes promedio del año, las cuales constituyen la base para definir los requerimientos para la climatización de los edificios.

Se observan cambios significativos. En el periodo 1981-2010, las condiciones de calor aumentan y disminuyen el confort y frío. Por último, en el escenario para el año 2050 aumentan de manera significativa las condiciones de calor, pues éste se presentará durante todo el año.

Con base en estos estudios, se realizó el cálculo de los requerimientos de enfriamiento, consumo energético y las emisiones de CO₂ relacionadas.

Si se considera un edificio con fachadas de vidrio claro –caso extremo, pero cada vez más en uso–, se obtiene el requerimiento de energía para aire acondicionado por unidad de superficie que aumentaría de 117 a 146 kWh/m²; además, las emisiones de dióxido de carbono relacionadas con el consumo de energía se incrementarían de 40.95 a 51.45 kg/m².

¿Cómo se gesta un edificio resiliente?
Para lograr un edificio inteligente, sustentable y resiliente ante el cambio climático, se deben considerar tres sistemas: el ambiental, el tecnológico y el biológico (Figura 3). En la intersección de los tres se ubica la resiliencia para un edificio sustentable.

El sistema del ambiente incluye los recursos no renovables y renovables: energía, agua, materiales naturales y clima; temperatura, humedad relativa, viento y precipitación. El sistema tecnológico considera los materiales y sistemas constructivos, electrónicos, de control y de automatización, entre otros. Por último, el sistema biológico abarca a los usuarios de los edificios, como seres humanos, plantas y animales, y a los procesos industriales, con requerimientos para su funcionamiento metabólico y especificaciones o condiciones de fabricación y funcionamiento.

La intersección de los tres sistemas permitirá lograr la resiliencia del edificio inteligente y sustentable; ya no más como en los inicios del sector de la edificación, cuando sólo se consideraba lo que el ambiente ofrecía y, aunque posteriormente la tecnología permitió garantizar los servicios y requerimientos, el resultado fue de alto impacto ambiental: la contaminación, el agotamiento de recursos no renovables, extinción de especies, cambios en los ecosistemas y, sobre todo, a nivel global, el cambio climático.

En los años 90 aparece el concepto de desarrollo sustentable, el cual permitió integrar estrategias ambientales, sociales y económicas para mitigar los impactos de las edificaciones, como la generación de los recursos que se requieren en el edificio para su funcionamiento. Esto se realizó con tecnologías nuevas para automatización y control; sin embargo, a pesar de su incorporación –en particular, el conjunto de aplicaciones conocido con el nombre de edificio inteligente o domótica, que permite comodidad, eficiencia y, hasta cierto punto, seguridad–, no se consiguió sustentabilidad ni se resolvió el problema de la adaptación ante los riesgos ambientales, como el cambio climático, sobre todo considerando un mismo patrón de vida o, incluso, un uso cada vez más demandante de recursos y servicios.

La ausencia de uno de los sistemas
La imposibilidad de lograr la sustentabilidad total de un edificio y de mitigar los riesgos o adaptarse y recuperarse ante ellos se explica por la ausencia de uno de los sistemas en el diseño: el sistema biológico, que explica cómo las especies ajustan o construyen sus hábitats en armonía con el ambiente o respondiendo con su propio organismo. Así, la biónica, o biomimética, consiste en la aplicación de métodos biológicos y sistemas naturales al estudio y diseño de sistemas de ingeniería y tecnología moderna. Ésta retoma casos de la naturaleza y aplica sus principios al edificio.

Se propone, con la adaptación de las “Bases para la resiliencia” de Jaime Alberto (2017), la capacidad de reducir rápidamente la magnitud, duración y recuperación de los efectos causados por el cambio climático, con fundamento en la resistencia, confiabilidad, redundancia, respuesta o recuperación.

Estrategias para los edificios resilientes y sustentables
De las estrategias existentes para el edificio sustentable, se analizó su posible resiliencia ante el impacto del cambio climático (Tabla 1).

La resistencia se refiere a los requerimientos de diseño de un edificio inteligente y sustentable para controlar los flujos de calor, para un futuro basado en los escenarios del cambio del clima. La confiabilidad consiste en asegurar que los componentes del edificio sean planeados para operar en un intervalo de solicitaciones que permita mitigar los daños o la pérdida durante un evento, es decir, se debe revisar el comportamiento de la construcción para detectar niveles de temperatura o efectos fuera de los rangos previstos. Esto se puede ejemplificar con la pregunta: ¿qué le pasaría a la estructura del lugar si el evento excede los flujos de calor? Si el rango de temperatura considerado se excede, se debe revisar si la envolvente permitirá obtener las ganancias o pérdidas térmicas requeridas; si no, es necesario considerar la adecuación.

Por otra parte, la redundancia se refiere a que el edificio ha de ser diseñado de manera tal que tenga capacidad adicional para soportar un evento perturbador sin colapsar, o bien, que tenga varias líneas de defensa que le permitan contener la falla catastrófica. La respuesta o recuperación se relaciona con que el edificio sea capaz de responder de manera rápida y segura a los efectos de un siniestro, y le siga una pronta recuperación. Para tal fin, es necesario llevar a cabo acciones de planeación, preparación y prevención en espera de las consecuencias del cambio climático.

Tomando los sistemas y fundamentos para la resiliencia, se evalúan las estrategias ambientales para un edificio inteligente y sustentable, y se determina cuáles, a pesar de la alteración del clima, le permitirán seguir funcionando adecuadamente; cuáles no, y cuáles son limitadas y requerirán adecuaciones o adaptaciones con el tiempo, como la reprogramación de los parámetros de control de los edificios.

Un edificio será afectado térmica, energética y ambientalmente en los escenarios retrospectivo, presente y prospectivo por los efectos del clima. Este panorama toma relevancia para destacar las acciones encaminadas a regular el uso de energía convencional y a fomentar el diseño y la utilización de materiales adecuados a las características climáticas modificadas según cada región del mundo.

Se recomienda la adopción de estrategias de mitigación, como el ahorro de energía en las construcciones existentes y la adaptación del edificio nuevo mediante el diseño bioclimático, conforme con los requerimientos de cada escenario, para considerar la vida útil del edificio y los impactos del cambio climático.
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Doctor David Morillón Gálvez
Es investigador en el Instituto de Ingeniería de la UNAM. Cuenta con un importante trabajo centrado en edificios sustentables, bioclimáticos y eficientes energéticamente que aporta a la mitigación y adaptación al cambio climático.