“Arquitectura y vegetación. La cubierta vegetal como estrategia de acondicionamiento pasivo para la reducción de la demanda energética de edificios." Caso de estudio: Simulación energética con DesignBuilder

Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla, ETSAS ““AArrqquuiitteeccttuurraa yy vveeggeettaacciióónn.. LLaa ccuubbiieerrttaa vveeggeettaall ccoommoo eessttrraatteeggiiaa ddee aaccoonnddiicciioonnaammiieennttoo ppaassiivvoo ppaarraa llaa rreedduucccciióónn ddee llaa ddeemmaannddaa eenneerrggééttiiccaa ddee eeddiiffiicciiooss..”” Autor: Cristina Jiménez Lima Tutor: Juan José Sendra Salas Grupo TFG-B: Estructuras de la Edificación Construcciones Arquitectónicas Ingeniería del Terreno Grado en Fundamentos de Arquitectura Curso 2020/21 Sevilla, Junio 2021 Caso de estudio: Simulación energética con DesignBuilder CONTENIDO Introducción 0.1. Datos generales de la investigación.............................................................................................................................................3 0.2. Justificación y objeto. Delimitación del ámbito de estudio ....................................................................................................3 0.3. Palabras clave ....................................................................................................................................................................................3 0.4. Hipótesis .............................................................................................................................................................................................3 0.5. Objetivos generales y específicos ................................................................................................................................................4 0.6. Estructura del trabajo ......................................................................................................................................................................4 Contexto, objetivos en sostenibilidad y marco normativo 1.1. Contribución de la arquitectura al cambio climático ................................................................................................................6 1.2. Objetivos en materia de sostenibilidad en arquitectura. Marco legal. ................................................................................ 7 1.3. Certificación energética ...................................................................................................................................................................7 1.3.1. Certificado de eficiencia energética en España .............................................................................................8 1.3.2. Certificación Passivhaus ......................................................................................................................................8 1.3.3. Certificación LEED ................................................................................................................................................ 9 1.3.4. Otras certificaciones ............................................................................................................................................ 9 Desarrollo de contenidos y estado del arte 2.1. Acondicionamiento pasivo: principios de la arquitectura bioclimática ..............................................................................11 2.1.1. Estrategias bioclimáticas de acondicionamiento pasivo ............................................................................11 2.2. La vegetación como estrategia de intervención pasiva para reducir la demanda energética ................................... 12 2.2.1. ¿Por qué emplear la vegetación? Efectos de las plantas en el clima (escala urbana). .....................13 2.2.2. Efectos de la vegetación en los edificios .................................................................................................... 16 2.2.2.1. Ejemplos de aplicación .................................................................................................................................. 18 2.3. La cubierta vegetal ........................................................................................................................................................................23 2.3.1. Método de cálculo de la cubierta vegetal ...................................................................................................25 Metodología 3.1. Definición del caso de estudio .....................................................................................................................................................28 3.1.1. Modelos ................................................................................................................................................................28 3.1.2. Zonas climáticas .................................................................................................................................................30 3.1.3. Definición de la envolvente térmica ..............................................................................................................30 3.2. DesignBuilder ..................................................................................................................................................................................33 3.2.1. Generación del modelo .................................................................................................................................... 33 Simulación energética 4.1. Aplicación del programa...............................................................................................................................................................35 4.2. Análisis de los resultados .............................................................................................................................................................35 4.3. Comparación de los resultados obtenidos con los de otras investigaciones ................................................................ 42 Conclusiones y futuras líneas de investigación 5.1. Conclusiones ................................................................................................................................................................................... 44 5.2. Futuras líneas de investigación .................................................................................................................................................. 45 Bibliografía 6.1. Referencias ...................................................................................................................................................................................... 46 Anexos Anexo I. Fichas de edificios ................................................................................................................................................................. 49 Anexo II. Introducción de datos en DesignBuilder ........................................................................................................................ 61 A.I.1. Datos del sitio ...................................................................................................................................................... 61 A.I.2. Geometría del edificio .......................................................................................................................................62 A.I.3. Actividad...............................................................................................................................................................63 A.I.4. Cerramientos ....................................................................................................................................................... 65 A.I.5. Huecos ..................................................................................................................................................................67 A.I.6. Sistemas ................................................................................................................................................................ 69 Anexo III. Listado de figuras ................................................................................................................................................................ 71 Anexo IV. Tablas ......................................................................................................................................................................................75 3INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN 0.1. Datos generales de la investigación Autor: Cristina Jiménez Lima. Estudiante de 5º curso del Grado en Fundamentos de Arquitectura de la Universidad de Sevilla. Tutor: Juan José Sendra Salas. Catedrático de Universidad en el Departamento de Construcciones Arquitectónicas I en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla. Línea de investigación: Acondicionamiento ambiental y eficiencia energética en Arquitectura. Fecha de realización del trabajo Curso académico 2020/2021. 0.2. Justificación y objeto. Delimitación del ámbito de estudio Los objetivos en materia de sostenibilidad a nivel europeo y mundial por los alarmantes datos del cambio climático, además de otros factores como la isla de calor urbana o la calidad de vida que las ciudades y edificios actuales ofrecen a sus usuarios, apuntan a un necesario cambio de paradigma en la forma de hacer arquitectura. Para dar respuesta a estas cuestiones a escala del edificio y urbana, de manera conjunta, se propone y explora el uso de la vegetación como parte de la envolvente de los edificios, ya que se estima que los efectos que produce podrían resultar favorables para alcanzar los objetivos marcados. Se trata de un campo de estudio muy extenso que ha sido objeto de investigación de manera recurrente en las últimas décadas, por lo que se aprecia la oportunidad de alinearse con las investigaciones que se han llevado a cabo y tratar de aumentar el conocimiento que hasta ahora se tiene de él. Dentro de este área de estudio, se toma la cubierta verde como objeto en el que se va a centrar la investigación. Se comparará su uso en tres modelos de edificios cuya envolvente se define para cumplir con las exigencias de la actualización del Documento Básico-Ahorro de Energía del Código Técnico de la Edificación de diciembre de 2019, propias de Edificios de consumo de Energía Casi Nulo (en adelante EECN). A cada modelo se le asignará un uso diferente: educativo (baja altura y extensivo en planta), comercial (altura media y extensión media) y vivienda (gran altura y baja ocupación en planta). 0.3. Palabras clave Cubierta vegetal, acondicionamiento pasivo, Edificios de consumo de Energía Casi Nulo (EECN), simulación energética, demanda energética. 0.4. Hipótesis Gracias a procesos como la evapotranspiración, la introducción de vegetación en la envolvente del edificio tiene capacidad de alterar sus condiciones climáticas interiores. Este trabajo plantea como hipótesis que una de sus prin- 4INTRODUCCIÓN cipales aplicaciones, la cubierta verde, tiene efectos beneficiosos en la reducción de la demanda energética, y que esa reducción dependerá de variables como zona climática, morfología, uso y compacidad del edificio. 0.5. Objetivos generales y específicos Objetivo general: El objetivo general de la investigación es el de verificar la hipótesis de partida, es decir, comprobar que la cubierta vegetal provoca una reducción de la demanda energética en la edificación; y establecer cuánto de relevante es esa reducción cuando se incorpora cubierta verde en EECN. Objetivos específicos: O.E.1. Comprobar en la literatura científica que existen precedentes que avalan el uso de la vegetación con este fin, y más concretamente en el caso de la cubierta vegetal. O.E.2. Obtener la cuantía de la reducción de la demanda de calefacción, refrigeración y global anual cuando, en EECN, se sustituye una cubierta invertida por una cubierta vegetal, en función de la zona climática. O.E.3. Establecer una valoración de esa reducción de la demanda energética atendiendo a otras variables, como morfología, compacidad y uso del edificio. 0.6. Estructura del trabajo Para alcanzar los objetivos formulados, el trabajo se organiza de la siguiente forma: En el capítulo 1 se exponen las condiciones actuales que justifican las limitaciones que deben cumplir los edificios en esta materia. En el capítulo 2 se identifican y describen las propiedades de la vegetación que le aportan valor como estrategia de acondicionamiento pasivo, con el fin de dar respuesta a la problemática actual. Se realiza un breve recorrido desde la escala urbana a la del edificio, para comprender la incidencia de la vegetación en cada una de ellas. A pesar de centrarse en la cubierta vegetal, se resumen todas las formas en las que la vegetación puede estar presente en el edifcio y, en consecuencia, los diferentes efectos que tiene sobre el ahorro energético. A fin de no perder de vista la dimensión proyectual, se incluyen una serie de referencias en las que la vegetación se incluye no solo por criterios de sostenibilidad, sino porque resulta un actor fundamental en el proyecto. De manera más específica se abordan las publicaciones que aportan datos que suponen un avance en el conocimiento del comportamiento energético de la cubierta vegetal, así como su definición, y una breve introducción al procedimiento de cálculo. En el capítulo 3 se describe la metodología de investigación, incluyendo la descripción de los casos de estudio. En el capítulo 4 se realiza el análisis de los resultados obtenidos en la simulación energética de los tres modelos de estudio y en dos zonas climáticas. Finalmente, en el capítulo 5 se exponen las principales conclusiones del trabajo y se indican las futuras líneas de investigación. 5INTRODUCCIÓN Tras ello, en el capítulo 6 se dan las referencias bibliográficas. Se han incluido cuatro anexos en los cuales se aportan fichas de ejemplos de edificios que incorporan la vegetación, el desarrollo detallado de la introducción de datos en el programa de cálculo, y se exponen el listado de figuras y de tablas. 6CONTEXTO, OBJETIVOS EN SOSTENIBILIDAD Y MARCO NORMATICO CONTEXTO, OBJETIVOS EN SOSTENIBILIDAD Y MARCO NORMATIVO 1.1. Contribución de la arquitectura al cambio climático El cambio climático es un fenómeno que ya ha comenzado a manifestar sus efectos, algunos de ellos son(1): • Aumento de las temperaturas medias anuales, lo que ha dado lugar a que 5 de los 6 años más cálidos en España se hayan registrado en la última década, siendo uno de ellos el segundo más cálido a escala global. • Episodios climáticos extremos, como las lluvias torrenciales y las sequías de las que hemos sido testigos en España. • Sucesión de olas de calor excepcionales que alcanzaron las temperaturas más altas registradas. • Cambio en las tendencias climáticas a más cálidas y secas, debido a la disminución de las precipitaciones en toda el área mediterránea. Lo mismo ocurre a escala global. El 2019 ha sido el segundo año más cálido del que se tienen datos y la temperatura de la superficie del mar medida en ese mismo año es igualmente la segunda más alta registrada. También se han observado otros efectos, como por ejemplo el creciente aumento del nivel del mar por la pérdida de masa de hielo de los casquetes polares y la desoxigenación de las aguas oceánicas por el aumento de su temperatura(2). El cambio climático es un proceso natural que se ha sucedido a lo largo de la historia de nuestro planeta, sin embargo, resulta especialmente preocupante en nuestro tiempo por la componente antropogénica, es decir, la fracción causada directamente por la actividad del ser humano, que se ha agravado de manera muy significativa desde el proceso de la Revolución Industrial y que sigue aumentando en nuestros días. De entre todos los sectores de actividad que contribuyen a ese cambio climático antropogénico, el de la arquitectura supone una parte importante por todos los procesos que engloba(3): • Producción de materiales, elementos y sistemas constructivos: tanto por el consumo de materias primas, ya que el sector es uno de los mayores consumidores, como por las emisiones que se generan durante el proceso de producción. • Transporte de los materiales a obra. • Generación de residuos en obra: este sector genera el 30% de los residuos sólidos. • Contaminación de las aguas: es responsable del 20%. • Consumo de energía y emisiones de CO₂ durante el proceso de construcción: es responsable del 39% del total de emisiones contaminantes. • Consumo de energía y su efecto en las emisiones de CO₂ durante la vida útil del edificio: representan el 20% del consumo de la energía final, lo que supone un 8% de las emisiones de gases de efecto invernadero(4). La manera en la que hasta el momento se conciben las ciudades es también causante de otro fenómeno, el llamado isla de calor urbana, por el que un núcleo urbano presenta una temperatura mayor al de las zonas rurales que lo rodean debido a los materiales de construcción empleados (asfalto, cemento u hormigón), la actividad industrial y doméstica, el transporte y la escasez de zonas verdes(5). Teniendo en cuenta este contexto, y sabiendo que el consumo energético de los edificios depende de su demanda de energía, el presente trabajo propone una revisión de las estrategias de acondicionamiento pasivo con las que contamos actualmente para reducir esa demanda, con especial atención a aquellas que se sirven de las características de la vegetación para reducirlo, destacando entre todas ellas la cubierta ajardinada, que constituye el principal objeto de estudio del trabajo. 7CONTEXTO, OBJETIVOS EN SOSTENIBILIDAD Y MARCO NORMATICO 1.2. Objetivos en materia de sostenibilidad en arquitectura. Marco legal. Con la finalidad de reducir, e incluso revertir, el efecto de la actividad humana en el cambio climático, los distintos organismos internacionales han redactado una serie de acuerdos y hojas de ruta con las que se pretende disminuir las emisiones de gases que producen el efecto invernadero y apostar por un cambio tendente a las energías renovables y a la eficiencia energética. Este año 2020 finaliza uno de los acuerdos adoptados por la UE, el llamado Objetivo 2020(6), que planteaba reducir hasta dicho año las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 20%, el consumo de energía en otro 20% y que de la energía aportada el 20% correspondiera a fuentes renovables. En los últimos datos recabados referentes al 2018(7) se observa que el conjunto de la UE va camino de cumplir los objetivos marcados, sin embargo, si se examinan los datos individuales de cada país se puede ver que ninguno consigue aproximarse a los límites propuestos en todas las categorías, si bien destacan entre los que más se acercan a ellos países como Suecia, Dinamarca y Finlandia, y los que están más lejos de cumplirlos, como Chipre, Malta y Polonia. Lo mismo se propone para el año 2030(8), para el que la reducción de emisiones de GEI se aumenta al 55% (inicialmente a un 40%, pero el Consejo Europeo ha decidido aumentarlo recientemente), la cuota de energías renovables crece al 32%, y la de la mejora de la eficiencia energética al 32,5%. Esta tendencia al alza continúa hasta el año 2050(9), para el que la UE ha redactado una estrategia a largo plazo con la que se pretende conseguir ser una sociedad y economía climáticamente neutras. En materia de eficiencia energética se pretende conseguir ahorrar un 41% de energía con respecto al pico de los años 2005-06. En España, el marco normativo en materia de eficiencia energética en la edificación lo constituye el Código Técnico de la Edificación (CTE), dentro del Documento Básico (DB) Ahorro de Energía (HE). Con su última revisión, de diciembre de 2019(10), se han actualizado las exigencias mínimas de ahorro de energía de la edificación para adecuarse a la normativa europea. En esta actualización se han fijado las condiciones que deben de cumplir los edificios para que sean considerados como edificios de energía casi nula (EECN) y alinear así al país con las iniciativas europeas para alcanzar la reducción del 40% del consumo energético marcada por el objetivo 2050. Estas modificaciones afectan principalmente a la envolvente térmica, al uso prioritario de energías renovables, al control del intercambio de aire y la calidad interior del mismo y a la optimización del uso de la iluminación, tanto natural como artificial. El camino marcado tanto por las directrices europeas como por el que está abogando la legislación nacional conducen a la introducción de conceptos y estrategias, como los de economía circular, bioeconomía, sumideros de carbono o a los ya mencionados edificios de consumo de energía casi nula, EECN. En el sector de la edificación estas restricciones conllevan un cambio en la concepción de la arquitectura, en la que esta sea no solo un activo económico, sino también un activo ambiental. Para ello es imprescindible concebir la arquitectura desde una perspectiva holística, es decir, un diseño integral que atienda a todas las problemáticas del proyecto siendo conscientes de que todas están interconectadas, logrando el mayor confort en el uso del edificio y el aprovechamiento eficiente de los recursos naturales, además de la integración de procesos que disminuyan la huella de carbono (viabilidad y sostenibilidad). 1.3. Certificación energética La certificación energética es la herramienta que permite interpretar y comparar los valores característicos de la edificación en relación a los exigidos por la normativa, y clasificarlos así en función a una escala de valores. Con la certificación se pretende reconocer el esfuerzo por parte del diseñador de tener en cuenta la sostenibilidad en el proyecto, y también hacer accesible a la población no especializada la información en materia de eficiencia energética de la edificación, principalmente a la hora de adquirir o arrendar un inmueble. En España existe un certificado de eficiencia energética de carácter obligatorio, pero también existen otras certi- 8CONTEXTO, OBJETIVOS EN SOSTENIBILIDAD Y MARCO NORMATICO ficaciones desarrolladas por organismos internacionales cuyos criterios de clasificación son más exigentes, destacan el estándar Passivhaus y la certificación LEED, entre otras. 1.3.1. Certificado de eficiencia energética en España Los certificados de eficiencia energética(11) son documentos que proporcionan de manera objetiva la información sobre las características energéticas de los edificios. En España, esta certificación está regulada por el decreto 235/2013, de aplicación obligatoria desde el 1 de junio de 2013 tanto en edificios de nueva construcción, para los que el promotor deberá obtenerlo para hacer referencia al proyecto y al edificio terminado, como en edificios existentes, que deberá proporcionarse al interesado cuando se produzca la compraventa o arrendamiento del inmueble. Con este certificado se obtiene una calificación energética que se clasifica en función de una etiqueta energética como la de la fig. 1, con una escala de 7 letras que van de la más favorable, A, a la menos favorable, G. Al lado de cada letra se indica el consumo anual de energía en kWh y las emisiones anuales de kgCO₂/m². Las modificaciones de los valores límite exigidos y la actualización del CTE DBHE de 2019 suponen la mejora energética de los edificios de nueva construcción y existentes, lo que conllevará a que también se produzca una mejora de la calificación energética de los mismos. Los programas o herramientas informáticas que se pueden utilizar para obtener esta certificación energética son: HULC, CERMA, CE3X, SG SAVE y CYPETHERM HE PLUS. fig. 1. Etiqueta de eficiencia energética. 1.3.2. Certificación Passivhaus Con esta certificación se garantiza que el edificio en cuestión cumple los requerimientos del Estándar Passivhaus, que se caracteriza por lograr altos niveles de confort interior con un consumo de energía mínimo. Para ello se evalúan una serie de criterios(12): • Demanda anual de refrigeración. • Demanda anual de calefacción. • Demanda anual de energía primaria. • Calidad del aire interior. • Confort del ocupante: se evalúan las condiciones interiores de confort del edificio. • Hermeticidad del edificio: se mide la permeabilidad al aire de las carpinterías. Existen tres estándares de certificación: • Passivhaus, fig.2: para edificios de nueva construcción. Hay tres rangos, Classic, Plus o Premium, dependiendo del uso de energías renovables. • EnerPHit fig.3: para actuaciones en edificios existentes. Igual que en el caso anterior, los tres rangos, Classic, Plus o Premium, dependen del uso de energías renovables. (F3) • Low Energy Building fig.4: es el estándar de aquellos edificios que no cumplen todos los requisitos del estándar Passivhaus. La herramienta oficial de este estándar es el programa PHPP (Passive House Plannig Package), desarrollada por el Passivhaus Insitute. Además de edificios, este estándar también certifica componentes. 15DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE (E2) Rn=Rt+LE+H+G+C Para mantener el equilibrio energético (E2), el flujo de energía entrante debe ser igual al saliente(28). Sin embargo, para que la energía saliente y la entrante fuesen iguales, bastaría con que la temperatura de la tierra fuera de -15ºC. La temperatura media del planeta es mayor por el efecto invernadero que producen los gases de la atmósfera (vapor de agua, dióxido de carbono y ozono). Estos gases absorben radiación, aumentando la energía de la atmósfera, lo que ocasiona que su temperatura se incremente. La superficie terrestre recibe la mayor parte de la radiación neta (no reflejada al espacio exterior): el 45%; el resto lo absorbe la atmósfera: 25%. Para mantener el equilibrio, los sumandos que están al otro lado de la igualdad deben emitir energía. De todos ellos, el flujo de calor latente de vaporización, LE, que representa la energía utilizada en la evaporación del agua de la superficie del suelo o plantas, es la forma de emisión de calor a la atmósfera con más peso (24%). La evaporación, proceso endotérmico, absorbe calor; mientras que la condensación, proceso exotérmico, lo libera. En ambas se produce un enfriamiento y calentamiento local, respectivamente. Las plantas, mediante la evapotranspiración, recogen energía en la superficie de la tierra y la trasladan a altas capas de la atmósfera, donde se produce la condensación en forma de lluvia, y en menor porcentaje, en el suelo en forma de rocío. Para evaporar 1 kg de agua a 20ºC se necesitan 2.45 MJ (0.68 kWh o 585 kcal). Sólo el amoníaco, NH3, supera al agua, H2O, en capacidad de absorber energía durante la evaporación. El agua procedente de la transpiración de las plantas absorbe tanto la radiación solar entrante, Rn, como la térmica saliente, Rt. El flujo de calor sensible representa la suma de todos los intercambios de calor entre una superficie y sus alrededores mediante conducción. Este parámetro aumenta cuando no hay agua en el ambiente, también, cuando no hay convección, C; el calor sensible se acumula recalentando la superficie, y sólo puede ser compensado por la radiación térmica, Rt. La constante de Bowen, β=H/LE, es un indicador de la aridez de un clima. Se mide en una escala que va desde 0.5 a 2; en dos áreas con una radiación incidente igual, la que tenga un menor índice experimentará una temperatura ambiente menor. Las zonas con alta densidad de vegetación se caracterizan por tener un β bajo. El flujo de calor del suelo, G, es positivo cuando la tierra se está calentando, por lo tanto, suele ser positivo durante el día y negativo durante la noche. Dependiendo de la especie de planta, por su densidad, el flujo de calor del suelo puede variar de un 2% de la radiación neta, cuando es densa, a un 30% cuando es dispersa o nula. También si está mojado aumenta la transmitancia térmica del suelo, aunque se compensa por la evaporación del agua de la superficie. Todos estos intercambios quedan reflejados en la fig.19. fig. 19. Esquema del balance energético terrestre. Con estos datos se puede observar la gran influencia que tienen las plantas en el equilibrio energético terrestre, por su capacidad de captar radiación impidiendo que se acumule en la superficie, de emitir vapor de agua a la atmósfera, regulando su temperatura, y de proteger el suelo a través de la sombra que proyectan, manteniéndolo húmedo. 16 DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE 2.2.2. Efectos de la vegetación en los edificios La vegetación utilizada como sistema de acondicionamiento pasivo en la edificación se enmarca dentro de las infraestructuras verdes, que se mencionaban al principio del capítulo, por sus aportaciones tanto a la escala del edificio como a la escala urbana. Esta última ya se ha tratado en el apartado anterior, pero los beneficios que ofrecía la vegetación a escala urbana -sombra, protección del suelo, enfriamiento evaporativo por medio de la evapotranspiración y la barrera frente al vientotambién son de interés en la escala del edificio. En este caso se añade además la propiedad aislante de la vegetación y del sustrato. Dependiendo de la forma en la que esté presente en el edificio, los efectos que tiene sobre él son diferentes. Las formas más comunes en las que se puede disponer, como se ve en la fig.20, son: 1. Cubierta vegetalgreen roof. 2. Green wall. 3. Green balcony. 4. Sky garden. 5. Indoor sky garden. fig.20. Diferentes maneras de integrar sistemas verdes en el edificio. Las cubiertas suponen el 20-25% del total de la superficie urbana(29), por lo tanto, el hacerlas vegetales podría tener una gran influencia tanto a la escala del edficio como a escala urbana. Este es el sistema vegetal más común en Europa, Norteamérica y en algunos países tropicales de Asia. En el apartado 2.3. se exponen en mayor detalle las aportaciones de este tipo de cubiertas al edificio. Normalmente, la superficie total de los paramentos verticales de los edificios es mayor que el área de cubierta. Es por esto que los sistemas verdes verticales pueden resultar prometedores en este área, especialmente para los edificios más altos. Estos sistemas se clasifican en dos grupos según su colocación, su mantenimiento y la forma en la que se comportan: • Green façade: se disponen plantas trepadoras directa o indirectamente apoyadas en la fachada. Las raíces de las plantas están en el suelo, en la cubierta o en maceteros intercalados a lo largo de la fachada. Las plantas necesitan una estructura auxiliar (mallas, cables o conductos) para poder elevarse hasta los 25 m. Si se apoyan directamente sobre la fachada aceleran el deterioro de los materiales de la misma y el mantenimiento es más difícil; mientras que si se colocan en un sistema de doble piel, dejando una capa de aire entre la planta y la fachada, se protegen los materiales y ayuda a las plantas a crecer más deprisa . • Living wall: módulos de plantas precultivadas que se transportan y se colocan en una subestructura. Tienen una estructura más compleja que las fachadas verdes, y también necesitan mayores sistemas de riego y mantenimiento. Sin embargo, permiten que se pueda plantar una variedad mucho más amplia de plantas y, si hubiera que reemplazarlas, el sistema modular hace que esta operación sea más sencilla. Cuando se encuentran en el interior actúan como biofiltros que purifican el aire. A la hora de proyectar un paramento vertical vegetal, del tipo que sea, lo que hay que tener en cuenta fundamentalmente son las condiciones exteriores en invierno y la irradiancia solar (W/m2) en esta estación, ya que la presencia de vegetación puede reducir pero también ampliar la demanda de calefacción al generar sombra que evite ganancia térmica en el edificio. Esto no ocurre en verano, ya que la sombra disminuye la demanda de refrigeración(30). Los balcones y terrazas suponen una oportunidad de crear espacio exterior para los usuarios, de añadir valor 1 2 3 4 5 17DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE arquitectónico al edificio y paisajístico a la ciudad, de aumentar la biodiversidad y de captar agua de lluvia. En las últimas décadas se han desarrollado técnicas que permiten plantar árboles de hasta 3 metros en un sustrato de 1 m de espesor en balcones. Al abrir un hueco en la envolvente, podría aumentar la demanda de calefacción y refrigeración del edificio; pero los árboles introducidos contribuirían a generar un microclima que puede compensar, al menos parcialmente, este incremento de la demanda(31). Los sky gardens aparecen generalmente en edificios tipo rascacielos o con muchas plantas. Son espacios exteriores con vegetación que pueden estar situados en cualquier planta intermedia o en la cubierta del edificio. La vegetación suele estar desconectada de la envolvente del edificio, por lo que no produciría los mismos efectos en la micro escala que la cubierta o la fachada vegetal, pero sí a nivel urbano (mitigación del efecto isla de calor urbana, aumento de la biodiversidad, eliminación de la polución del aire, captación de agua de lluvia y mejora del paisaje urbano)(32). En la escala del edificio, produciría efectos similares a los debidos a los green balconies. En el caso de los indoor sky gardens, suelen colocarse pequeñas plantas y árboles en atrios con varias alturas. Se plantan en macetas, habitualmente con gran espesor de tierra. Al igual que las living walls en el interior, mejoran la calidad del aire y las condiciones de confort. No solo son las hojas de las plantas las que filtran el aire, sino que también sus tallos, raíces y los microorganismos que habitan el sustrato crean un ecosistema que funciona como un sistema de filtrado de aire(33). En la tabla 1 se resumen los factores que en cada sistema (green roof, green wall, green balcony, sky garden, indoor sky garden) contribuyen a reducir la demanda de calefacción y refrigeración. Green roof Green Wall Green Balcony Sky Garden Indoor Sky Garden Verano (refrigeración) Evapotranspiración (+) Índice de área foliar (+) Contenido de humedad en el sustrato (+) Índice de área foliar (+) Contenido de humedad en el sustrato (+) Índice de área foliar (+) Tamaño de hoja (+) Riego Sombra (+) Ratio de cobertura (+) Tamaño de hoja (+) Ángulo de distribución foliar (horizontal) (+) Ratio de cobertura (+) Índice de área foliar (+) Sistema de jardín vertical (+) Ratio de cobertura (+) Densidad de sombra (-) Distancia vegetación-envolvente (+) Altura del árbol (+) Sombra en el oeste Invierno (calefacción) Evapotranspiración (-) Contenido de humedad del sustrato (-) Contenido de humedad del sustrato (-) Contenido de humedad del sustrato Sombra (-) Ratio de cobertura (plantas de hoja caduca) (-) Ratio de cobertura (plantas de hoja caduca) (-) Sombra al sur y este Aislamiento (+) Espesor de la capa de sustrato (-) Contenido de humedad del sustrato (+) Diversidad de plantas (-) Densidad del sustrato (-) Distancia vegetación-en- volvente (+) Cobertura en la dirección predominante del viento en invierno (-) Contenido de humedad del sustrato Tabla 1. Resumen de los factores que influyen en la reducción de la demanda energética en cada sistema verde. : el efecto debe aumentar, : el efecto debe disminuir, (+): el valor o la cantidad debe aumentar, (-): el valor o la cantidad debe disminuir. 18 DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE 2.2.2.1. Ejemplos de aplicación A continuación se expone una relación de edificios considerados buenos ejemplos de integración de los sistemas verdes descritos. Los ejemplos se ordenan según el sistema vegetal que predomina en ellos. En el Anexo I se incluye una ficha mas detallada de aquellos edificios que destacan por la relevancia que adquiere la vegetación en el diseño arquitectónico. De todos ellos se estudia el porcentaje de superficie de vegetación en cada una de las posiciones definidas, aunque es un porcentaje aproximado debido a la inexactitud de las mediciones*1. One Central Park, fig. 21. Arquitecto: Ateliers Jean Nouvel Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: fachada vegetal y balcones verdes Año: 2013 Localización: Sidney, Australia Singapore’s Tree House Vertical Gardens, fig. 22. Arquitecto: ADDP Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: fachada vegetal Año: 2017 Localización: Singapur The Oasis of Aboukir, fig. 23. Arquitecto: Patrick Blanc Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín vertical Año: 2013 Localización: París, Francia Museo del Quai Branly, fig. 24. Arquitecto: Ateliers Jean Nouvel Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Fachada vegetal Año: 2006 Localización: París, Francia The Naman Retreat- Edificio Babilonia, fig. 25. Arquitecto: Vo Trong Nghia Architects Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Fachada verde, jardín interior Año: 2015 Localización: Ngũ Hành Sơn, Vietnam fig. 21. One Central Park fig. 22. Singapore’s Tree House Vertical Gardens. fig. 23. The Oasis Of Aboukir. fig. 24. Museo del Quai Branly. fig. 25. The Naman Retreat. 19DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE Bosco Verticale, fig. 29. Arquitecto: Stefano Boeri Architetti Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Balcones verdes Año: 2014 Localización: Milán, Italia Robinson Tower, fig. 31. Arquitecto: Khon Pederson Fox Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín elevado Año: 2019 Localización: Singapur Chicland Hotel, fig. 27. Arquitecto: Vo Trong Nghia Architects Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Balcones verdes Año: 2019 Localización: Vietnam Planter Box House, fig. 28. Arquitecto: Formzero Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Balcones verdes Año: 2017 Localización: Kuala Lumpur, Malasia Osaka Next 21, fig. 30. Arquitecto: Yositika UTIDA Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: balcones verdes Año: 1994 Localización: Osaka, Japón Rosewood Tower, fig. 26. Arquitecto: Ateliers Jean Nouvel Fase del proyecto: en construcción Sistema verde: Fachada vegetal, balcones verdes, jardín interior Año: 2017 Localización: São Paulo, Brasil fig. 26. Rosewood Tower. fig. 27. Chicland Hotel. fig. 28. Planter Box House. fig. 29. Bosco Verticale. fig. 30. Osaka Next 21. fig. 31. Robinson Tower. 20 DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE Casa Yin & Yang, fig. 33. Arquitecto: Penda Fase del proyecto: básico Sistema verde: Jardín elevado Año: 2018 Localización: Hesse, Alemania PARKROYAL Collection Pickering, fig. 34. Arquitecto: WOHA Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín elevado Año: 2013 Localización: Singapur CopenHill, fig. 35. Arquitecto: BIG Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta verde Año: 2017 Localización: Copenhague, Dinamarca Vancouver Convention Centre West, fig. 37. Arquitecto: LMN Architects Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: cubierta vegetal Año: 2009 Localización: Vancouver, Canadá Biesbosch Museum Island, fig. 36. Arquitecto: Studio Marco Vermeulen Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta vegetal Año: 2015 Localización: Werkendam, Países Bajos Ha Long Villa, fig. 32. Arquitecto: Vo Trong Nghia Architects Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín elevado, jardín interior Año: 2020 Localización: Ha Long, Vietnam fig. 32. Ha Long Villa. fig. 33. Casa Yin & Yang. fig. 34. PARKROYAL Collection Pickering. fig. 35. CopenHill. fig. 36. Biesbosch Museum Island. fig. 37. Vancouver Convention Centre West. 21DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE Jewel Changi Airport, fig. 41. Arquitecto: Safdie Architects Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín interior Año: 2019 Localización: Singapur Sky Garden, fig. 40. Arquitecto: Rafael Viñoly Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín elevado interior Año: 2004 Localización: Londres, Reino Unido Fundación Ford, fig. 43. Arquitecto: Kevin Roche John Dinkeloo and Associates Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Jardín interior Año: 1967 Localización: Nueva York, EE.UU. Liceo Marcel Sembat, fig. 39. Arquitecto: archi5+ B Huidobro Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta vegetal Año: 2011 Localización: Sotteville-lès-Rouen, Francia ACROS Fukuoka Prefectural International Hall, fig. 38. Arquitecto: Emilio Ambasz Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta vegetal Año: 1995 Localización: Fukuoka, Japón 1Hotel Paris, fig. 42. Arquitecto: Kengo Kuma Fase del proyecto: en construcción Sistema verde: Balcones verdes, jardín interior, jardín elevado Año: 2022 Localización: París, Francia fig. 38. ACROS Fukuoka Prefectural International Hall. fig. 39. Liceo Marcel Sembat. fig. 40. Sky Garden. fig. 43. Fundación Ford. fig. 42. 1Hotel Paris. fig. 41. Jewel Changi Airport. 22 DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE Polideportivo Turó de la Peira, fig. 46. Arquitecto: Anna Noguera+Javier Fernández Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Fachada verde Año: 2018 Localización: Barcelona, España. Can Jaime i n’Isabelle, fig. 45. Arquitecto: Ted’A Arquitectes Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta vegetal Año: 2011-2018 Localización: Palma de Mallorca, España. Biblioteca zona Norte, fig. 44. Arquitecto: Rafael Perera y Leoz Fase del proyecto: ejecutado Sistema verde: Cubierta vegetal Año: 2009 Localización: Barcelona, España. fig. 44. Biblioteca Zona Norte. fig. 45. Can Jaime i n’Isabelle. fig. 46. Polideportivo Turó de la Peira. 23DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE 2.3. La cubierta vegetal Una cubierta vegetal se compone de una serie de capas que proporcionan las condiciones adecuadas para el crecimiento de plantas sobre una superficie plana o inclinada. Estas capas, de interior a exterior, incluyen, fig.126: 1. Soporte estructural de la cubierta 2. Membrana impermeabilizante 3. Lámina antirraíces 4. Capa drenante 5. Lámina filtrante 6. Sustrato 7. Capa de vegetación. Adicionalmente, pueden incluir una capa retenedora de agua (aljibe), aislamiento térmico, una barrera de vapor, sistema de riego y una capa o sistema anti-erosión o anti-deslizamiento, que se emplea en cubiertas inclinadas para impedir el deslizamiento y erosión del medio de cultivo. Existen tres tipos de cubierta vegetal: ecológicas o extensivas, semi-extensivas y ajardinadas o intensivas. Se diferencian por el espesor de la capa de tierra, el tipo de planta, sus condiciones de riego y mantenimiento, accesibilidad y el uso que tenga la cubierta. La tabla 2 contiene un resumen de las características de cada tipo. Cubierta extensiva Cubierta semi-extensiva Cubierta intensiva Mantenimiento Muy bajo (2 o 3 veces al año) Periódico Alto Riego Por precipitaciones naturales o por goteo Sistema de riego periódico, puede almacenar agua de lluvia Sistema de riego regular, puede almacenar agua de lluvia Tipo de planta Tapizantes autóctonas: musgos, hierbas naturales, suculentas, etc. Suculentos del tipo extensivo, hierbas aromáticas y pequeños arbustos Césped, arbustos y árboles Espesor de sustrato 60-200 mm 150-300 mm Depende de las necesidades del tipo de planta, 150- >1000 mm Peso saturado 60-150 kg/m2 120-200 kg/m2 180-500 kg/m2 Accesibilidad No transitable Según diseño Transitable Uso Protección de la cubierta Zonas diseñadas de jardín Jardín, espacio recreativo Tabla 2. Resumen de los tipos de cubierta vegetal. GSPublisherVersion 0.58.100.100 0. Planta Baja (4) 1:10 GSPublisherVersion 0.58.100.100 0. Planta Baja (4) 1:10 GSPublisherVersion 0.58.100.100 0. Planta Baja (4) 1:10 GSPublisherVersion 0.63.100.100 0. Planta Baja (4) 1:10 1 2 3 4 6 7 5 fig.126. Sección constructiva cubierta vegetal 24 DESARROLLO DE CONTENIDOS Y ESTADO DEL ARTE Además, también existe la llamada cubierta biodiversa, que es un tipo de cubierta verde extensiva con la que se crean hábitats de sustitución para especies animales y vegetales(45). Para entender cómo influye cada propiedad de las cubiertas vegetales en el microclima del edificio se exponen algunos estudios por cada una de ellas (46)(47) . Impacto en la temperatura y en el flujo de calor: las cubiertas vegetales consiguen reducir la temperatura superficial de la cubierta y la del aire interior mediante el enfriamiento evaporativo y la reflactancia de la radiación solar incidente. En cuanto a esta última, la radiación reflejada (albedo) de una cubierta vegetal está entre un 0.7-0.85, a diferencia del 0.1-0.2 de una cubierta con acabado de grava, lámina bituminosa o asfáltica (48). • Wong et al. (49) descubrieron con datos obtenidos de mediciones experimentales que, utilizando una cubierta vegetal, el calor absorbido durante el dia y emitido por la noche era mucho menor que si se empleaba una cubierta tradicional debido a que las cubiertas vegetales sufrían una ganancia de calor significativamente inferior. También la temperatura del aire en contacto con la planta se había reducido en gran medida, y esta continuaba enfriando el ambiente durante la noche; aunque el sustrato emitía el calor almacenado durante el día, calentándolo. • Lui y Minor (50), también mediante mediciones in situ, encontraron que la ganancia calorífica a través de una cubierta vegetal durante el verano se reducía de media entre un 70-90%, y las pérdidas durante el invierno entre un 10-30%. La temperatura media medida en el interior, en condiciones de verano, era ligeramente inferior al caso de una cubierta convencional, y relacionaron este efecto al aislamiento térmico adicional que proporcionaba el sustrato. • Emorfopoulou y Aravantinos (51) utilizaron un modelo matemático estacionario para calcular la temperatura bajo cada capa de una cubierta tradicional y otra vegetal, ambas con y sin aislamiento térmico. La ausencia de aislamiento aumentaba la diferencia entre la temperatura interior resultante en condiciones de verano y de invierno, aunque con la cubierta vegetal la diferencia era mucho menor. Efecto sombra: • En el experimento llevado a cabo en Singapur por Wong et al.(49), durante la tarde, con una incidencia de radiación solar de 1400 W/m2, se midieron 57ºC en la superficie de una cubierta tradicional, 42ºC sobre la capa de sustrato expuesta, y 25.6ºC en la misma capa pero cubierta por una densa vegetación. • Del Barrio (52) descubrió que el índice de área foliar (IAF) y la distribución del ángulo foliar eran dos factores importantes que reducían la radiación solar. En el experimento se demostraba que las especies de plantas con mayor follaje y hojas dispuestas en horizontal producían la mayor sombra. Aislamiento térmico: la incorporación de una cubierta vegetal puede mejorar la capacidad aislante del edificio y, por lo tanto, reducir su consumo energético. Una cubierta de este tipo reduce tanto las pérdidas caloríficas en invierno como las ganancias en verano, además de añadir masa térmica que contribuye a estabilizar la temperatura interior durante todo el año. • Alcazar y Bass (53), mediante el programa ESP-r (Environmental Systems Performance-research) modelizaron un edificio residencial plurifamiliar en Madrid, del que la cubierta suponía el 16% de la superficie de envolvente. El programa modelizaba mediante elementos finitos el flujo de calor, de aire, humedad y de energía eléctrica. Se compararon un edificio sin y con cubierta vegetal, y con cubierta vegetal con almacenamieto de agua (aljibe). La transmitancia térmica pasó de 0.59 a 0.42 al añadir la cubierta vegetal, y a 0.38 al añadir el aljibe. La cubierta vegetal suponía un ahorro energético de un 6% en refrigeración y 0.5% en calefacción. • Del Barrio(52) utilizó un modelo matemático para evaluar el potencial de enfriamiento en verano de la cubierta vegetal en Atenas. Descubrió que el grosor de la capa de sustrato, su densidad y el contenido de humedad influenciaban la difusión de calor. Al reducir la densidad de 1500 a 1100 kg/m3, la conductividad térmica del sustrato también se reducía, y por tanto, también el flujo de calor a través de la cubierta. Al haber más aire en un sustrato menos denso se incrementaba la propiedad aislante. • Wong et al. (54) demostraron que con cada 100 mm que se aumentaba el grosor de un sustrato de 31CASO DE ESTUDIO 1- Baldosa cerámica, e= 1 cm. 2- Mortero de cemento o cal para albañilería y para revoco/enlucido d>2000, e= 3 cm. 3- Aislamiento térmico XPS, λ= 0.033 W/mK. 4-Forjado sanitario unidireccional con elementos de entrevigado de hormigón y viguetas autoportantes, e=30 cm. 5- Cámara de aire de forjado sanitario, e=20 cm 6- Terreno. fig. 134. Sección constructiva suelo en contacto con el terreno. Para calcular el espesor del aislamiento en cada ciudad, se calcula primero el valor de la resistencia térmica del resto de componentes con los datos de cada uno recogidos en el Catálogo de Elementos Constructivos del CTE. A partir del valor de cálculo de la transmitancia en cada ciudad, recogidos en la anterior tabla 5, se obtiene la transmitancia necesaria de aislamiento. Con este dato y el de la conductividad del aislante, sacado también del CAT-EC del CTE, obtenemos el espesor del mismo, indicado en la tabla 6 para cada ciudad. León Almería Tipo de aislamiento Poliestireno Extruído (XPS) Expandido con CO2 Poliestireno Extruído (XPS) Expandido con CO2 Conductividad térmica del aislamiento, λ (W/mK) 0.033 0.033 Espesor (cm) 7 3 Tabla 6. Espesor del aislante térmico en suelo en contacto con el terreno en León y Almería. Fachada: en la fig. 135 se ven las capas que componen este elemento de la envolvente. La solución adoptada corresponde a la F 7.8. del Catálogo de Elementos Constructivos del CTE (64). Se escoge esta solución por ser la solución de fachada cuyos elementos constructivos presentan una mayor resistencia térmica, con lo que el espesor necesario de aislante se reduce. 1- Revestimiento exterior discontinuo porcelánico, e= 1 cm. 2- Cámara de aire ventilada, e= 4 cm. 3- Fábrica de bloque de hormigón, e= 14 cm. 4- Aislamiento térmico EPS, λ= 0.039 W/mK. 5- Tabicón de ladrillo hueco doble, e= 7 cm.. 6- Revestimiento interior: enlucido de yeso, e= 1.5 cm. fig. 135. Sección constructiva fachada. De la misma forma que en el elemento anterior, se calcula el espesor necesario de aislamiento térmico para alcanzar el valor de cálculo de la transmitancia térmica en León y Almería, que se recoge en la tabla 7: León Almería Tipo de aislamiento Poliestireno Expandido (EPS) Poliestireno Expandido (EPS) Conductividad térmica del aislamiento, λ (W/mK) 0.039 0.039 Espesor (cm) 13 3 Tabla 7. Espesor del aislante térmico en fachada en León y Almería. GSPublisherVersion 0.63.100.100 5 4 3 2 1 6 GSPublisherVersion 0.63.100.100 6 5 4 3 2 1 32 CASO DE ESTUDIO fig. 136. Sección constructiva cubierta plana invertida no transitable. GSPublisherVersion 0.63.100.100 3 2 1 4 5 6 7 8 Huecos: son los únicos elementos de la envolvente que cambian en una ciudad y otra, concretamente el acristalamiento. Para el marco se ha escogido uno de PVC con dos cámaras para las dos ciudades. El arcistalamiento en Almería es de unidades de vidrio aislante 4-15-4, con vidrios normales, mientras que en León se ha optado por uno de unidades de vidrio aislante y vidrio laminar 4-20-(4+4), con vidrio normal y de baja emisividad, en ambos casos con un 20% de marco. Como en los casos anteriores, las características de los elementos se obtienen del CAT-EC del CTE. No se incluye caja de persiana porque se prevé que las carpinterías incorporen venecianas de accionamiento manual, en el caso de los modelos 1 y 3. En el modelo 2 no se incorporan elementos móviles de sombreado, ya que al ser los huecos del tipo escaparate lo usual sería que estuviesen continuamente expuestos. En cambio, la protección solar por la que se opta en este caso es a través de voladizos que hagan sombra y que sí serían frecuentes en este tipo de edificios, en los que suelen aparecer umbráculos en las zonas de acceso. Además, en los tres modelos se cuenta con un retranqueo del hueco con respecto a la línea de fachada de 20 cm. En la tabla 8 se recogen los datos del marco, acristalamientos y protecciones solares escogidos para cada modelo y ciudad y su transmitancia térmica. León Almería Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3 Marco escogido PVC con dos cámaras PVC con dos cámaras Acristalamiento Ud. vidrio aislante + vidrio laminar 4-20-(4+4) Ud. de vidrio aislante 4-15-4 Protección solar Veneciana manual + 20 cm de retranqueo Voladizo + 20 cm de retranqueo Veneciana manual + 20 cm de retranqueo Veneciana manual + 20 cm de retranqueo Voladizo + 20 cm de retranqueo Veneciana manual + 20 cm de retranqueo Valor de U orientativo (W/m2K)(58) 1.50 2.70 Valor de U obtenido por cálculo (W/m2K) 1.50 1.50 1.50 2.60 2.60 2.60 Tabla 8. Características de los huecos en León y Almería. Para la cubierta se toman dos alternativas: Cubierta plana invertida no transitable: en la fig. 136 se ven las capas que componen este elemento, que corresponde a la solución C.5.3. del Catálogo de Elementos Constructivos del CTE(64). 1- Capa de protección de grava, e= 10 cm. 2- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 3- Aislamiento térmico XPS, λ= 0.033 W/mK. 4- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 5- Lámina impermeabilizante. 6- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 7- Formación de pendiente de hormigón con áridos ligeros. 8- Forjado unidireccional de canto 30 cm (25+5), con viguetas armadas y elementos de entrevigado de hormigón. El espesor necesario de aislamiento térmico para alcanzar el valor de cálculo de la transmitancia térmica en León y Almería viene indicado en la tabla 9: 33CASO DE ESTUDIO León Almería Tipo de aislamiento Poliestireno Extruído (XPS) Expandido con CO2 Poliestireno Extruído (XPS) Expandido con CO2 Conductividad térmica del aislamiento, λ (W/mK) 0.033 0.033 Espesor (cm) 16 7 Tabla 9. Espesor del aislante térmico en cubierta plana invertida no transitable, en León y Almería. Cubierta vegetal extensiva: en la fig. 137 se ven las capas que componen este elemento de la envolvente. 1- Capa de vegetación, sedum. 2- Sustrato, e=15 cm. 3- Lámina filtrante, e= 0.4 cm. 4- Capa drenante, e= 5 cm. 5- Lámina antirraíces, e= 0.4 cm. 6- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 7- Aislamiento térmico XPS, λ= 0.033 W/mK. 8- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 9- Lámina impermeabilizante, e= 0.4 cm. 10- Capa separadora antipunzonante, fieltro, e= 0.4 cm. 11- Forjado unidireccional de canto 30 cm (25+5), con viguetas armadas y elementos de entrevigado de hormigón. 12- Placa de yeso, e= 1,5 cm. fig. 137. Sección constructiva cubierta vegetal extensiva. En cuanto al espesor del aislante térmico en la cubierta vegetal, se toma el mismo que en la cubierta invertida, recogido en la tabla 9. 3.2. DesignBuilder Aunque se puede hacer una estimación del aporte de las cubiertas verdes a la disminución de la transmitancia térmica, calcular sus efectos reales es mucho más complejo, ya que habría que tener en cuenta todos los fenómenos que ocurren en ella: • Intercambio por radiación desde las hojas de las plantas. • Efectos de las plantas en los intercambios por convección. • Evapotranspiración de las plantas. • Conducción y acumulación de calor en el sustrato. • Efecto sombra de las plantas. A diferencia de la herramienta de cálculo oficial HULC, EnergyPlus permite calcular las cubiertas vegetales teniendo en cuenta todos estos fenómenos. El programa DesignBuilder utiliza el motor de cálculo de EnergyPlus, por lo que se ha escogido este programa para realizar la modelización y el cálculo del caso de estudio. 3.2.1. Generación del modelo La descripción detallada del proceso de generación del modelo se incluye en el Anexo I al final del documento. De forma resumida se presenta en este apartado la tabla 10 con las condiciones de uso y operacionales en los tres modelos. GSPublisherVersion 0.63.100.100 1 2 3 4 5 6 11 7 8 9 10 12 34 CASO DE ESTUDIO Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3 Uso Docente Comercial Vivienda Grado de actividad (met) 1.2 1.6 1.2 Superficie ocupada (m2)1287.31 834.72 2634.52 Nº total de ocupantes (personas) 515 210 84 Caudal de ventilación (l/s) 6437.5 1680 693 Eficiencia del recuperador de calor (%) 73 73 - Temperatura de consigna (ºC) Refrigeración 25 Calefacción 21 Humedad relativa (%) 40-60 Tabla 10. Datos y condiciones de uso y operacionales de los modelos. La ocupación de los modelos 1 y 2 se han calculado aplicando la tabla 1.4.2.1. del RITE, en la que se asigna una superficie de suelo por ocupante en función del uso. En los modelos 1 y 2, de uso terciario, los caudales de ventilación se han obtenido aplicando el método indirecto, considerando una categoría IDA2 en el modelo 1 (uso docente) y una categoría IDA3 en el modelo 2 (uso comercial), con caudales de 12.5 l/s·per y 8 l/s·per, respectivamente. En el modelo 3, con un uso de vivienda, se ha aplicado el DB-HS3, considerando que hay 3 viviendas por planta, cada una de ellas de 95 m2 y con 4 ocupantes, y un programa funcional que comprende un dormitorio doble y dos individuales, salón-comedor, una cocina y dos baños. Las temperaturas de consigna de calefacción y refrigeración y la humedad relativa se han definido también a partir de la tabla 1.4.1.1. del RITE. En los modelos 1 y 2 se añade un recuperador de calor del tipo sensible con una eficiencia del 73%, valor mínimo exigido, a partir del 01/01/2018, por el actual Reglamento (UE) 1253/2014 por el cual se desarrolla la Directiva 2009/125/CE del Parlamento Europeo sobre requisitos de diseño ecológico para las unidades de ventilación no residenciales bidireccionales.. 35CASO DE ESTUDIO SIMULACIÓN ENERGÉTICA 4.1. Aplicación del programa Una vez que se han introducido los tres modelos en el programa procedemos al cálculo de la demanda. Se realiza una simulación para el período de un año, desde el 1 de enero al 31 de diciembre, como puede verse en la figura 171. De todos los resultados que ofrece el programa, los que resultan relevantes son los de demanda anual de refrigeración, calefacción y global, por unidad de superficie, de manera que se puedan comparar los resultados de los tres modelos entre ellos. 4.2. Análisis de los resultados En este apartado se presentan los resultados que se han obtenido en la simulación energética y su discusión. De todos los resultados obtenidos con la simulación en DesignBuilder para el período de un año, se han tomado los de cargas del sistema, que indican la demanda anual de refrigeración y calefacción, prestando especial atención a la demanda de refrigeración debida a las cargas internas y a las demandas de calefacción y refrigeración debidas a la transmisión de calor. Todos los resultados se han tomado normalizados por la superficie (en kWh/m2) para poder compararlos entre modelos. Se presentan primero los resultados de demanda de refrigeración de todos los modelos, en las dos ciudades y con los dos tipos de cubierta, en la tabla 11 y la figura 172: fig. 171. Datos para la realización de la simulación en DesignBuilder. 36 CASO DE ESTUDIO Los resultados obtenidos reflejan que, en los tres modelos y en las dos zonas climáticas, la demanda de refrigeración es menor al sustituir la cubierta invertida por la vegetal extensiva, aunque la diferencia de la demanda con una y otra solución depende del modelo y de la zona climática. Modelo 1: la demanda de refrigeración con cubierta verde se reduce un 3% en León, y un 5% en Almería. Modelo 2: la diferencia de la demanda es un 1% inferior en las dos ciudades con la cubierta vegetal, a con cubierta invertida. -140,00 -120,00 -100,00 -80,00 -60,00 -40,00 -20,00 0,00 1_AL_CI 1_AL_CV 1_LE_CI 1_LE_CV 2_AL_CI 2_AL_CV 2_LE_CI 2_LE_CV 3_AL_CI 3_AL_CV 3_LE_CI 3_LE_CV DEMANDA DE REFRIGERACIÓN ANUAL (kWh/m²) fig. 172. Gráfica resumen de resultados demanda de refrigeración. Tabla 11. Demanda de refrigeración de todos los modelos. 37CASO DE ESTUDIO Modelo 3: sustituyendo la cubierta invertida por la vegetal, la demanda de refrigeración se reduce un 1% en Almería y un 3% en León. Se ha podido comprobar que, con las limitaciones de demanda propias de los EECN, la diferencia experimentada en la demanda de refrigeración con una y otra solución son muy poco significativas. Solo se ha conseguido una reducción máxima del 5% al incorporar la cubierta vegetal en el modelo 1 y en la zona climática A4. Resulta llamativa la demanda de refrigeración del modelo 2 en las dos ciudades, ya que es significativamente más alta que las de los otros modelos. Como la envolvente es igual en los modelos de la misma ciudad, lo que provoca que la demanda sea tan alta en el 2 deben de ser las cargas internas. Comparamos los datos de cargas internas entre los modelos 1, 2 y 3, en Almería y con cubierta invertida, los cuales se presentan en las figuras 173, 174 y 175. Efectivamente, los resultados de las cargas internas indican que las del modelo 2, iluminación, equipos y ocupación, son muy superiores a las de los otros modelos. Esto es debido al uso asignado, el comercial, en el que los ocupantes tienen una mayor actividad metabólica (1.6 met frente a 1.2 met de los modelos 1 y 3), y mayor carga de equipos e iluminación. Dados los elevados valores de demanda del modelo 2 con las dos soluciones de cubierta, y con el fin de elevar el grado de certidumbre de estos resultados, se ha realizado un análisis de sensibilidad en el cual se ha probado a intercambiar el uso de los tres modelos para verificar que el uso comercial es el que provoca un aumento de la demanda. Se han comprobado los resultados de la demanda de refrigeración en los modelos anteriores con los usos modificados, 1_AL_CI con la plantilla de actividad del uso comercial, 2_AL_CI con la plantilla de actividad del uso vivienda y 3_AL_CI con la del uso docente, y se presentan en la tabla 12. Los datos contenidos en estas plantillas y que van a modificar los resultados son los de ocupación, tasa metabólica, caudal de ventilación, equipos e iluminación. figura 173. Ganancias internas del modelo 1_AL_CI. figura 174. Ganancias internas del modelo 2_AL_CI. figura 175. Ganancias internas del modelo 3_AL_CI. Tabla 12. Demanda de refrigeración modelos 1_AL_CI, 2_AL_CI y 3_AL_CI con actividad modificada. 38 CASO DE ESTUDIO Con esta prueba se ha podido verificar que la demanda tan elevada del modelo 2 responde a las condiciones estudiadas, ya que ahora, el modelo con mayor demanda es el 1, que es al que se le ha asignado la plantilla de actividad comercial. El modelo 2 es el que menor demanda tiene, puesto que la plantilla de actividad del uso vivienda era la que menor ocupación tenía, y además con un grado de actividad en reposo. Una vez identificada la causa, se ha seguido afinando con el análisis de sensibilidad para ver qué parámetro es el que más influye en el aumento de la demanda de los que generan cargas internas. Para ello, se ha tomado el modelo 2 y se ha realizado la simulación manteniendo todos los parámetros como se habían definido originalmente para este modelo, pero cambiando únicamente uno cada vez. Los parámetros que se han modificado individualmente son: • Ocupación: se ha cambiado de 0.25 m2/persona a 0.032 m2/persona, que es el valor de ocupación del uso vivienda. • Grado de actividad: de 1.6 met del uso comercial se ha cambiado a 1.2 met del docente y vivienda. • Caudal de ventilación: se ha reducido de 10.67 l/s del definido para este modelo a 8 l/s, el que tendría el uso comercial si la tasa metabólica fuera de 1.2 met. • Equipos: se ha modificado la plantilla de equipos por la de equipos del uso docente. • Iluminación: también se ha modificado por la de iluminación del uso docente. Los resultados aplicando estas modificaciones se presentan en la tabla 13. Como se puede ver en la tabla, la iluminación es el factor que más influencia tiene en la demanda del modelo 2, seguido por la ocupación y el caudal de ventilación. Estos resultados son coherentes con los resultados de ganancias internas obtenidos en la simulación del modelo 2, y mostrados en la anterior figura 174. Después de haber realizado el análisis de sensibilidad y de haber comprobado a qué se deben los resultados obtenidos, pasamos a analizar los de la demanda de calefacción en todos los modelos, presentados en la tabla 14 y la figura 176. Tabla 13. Demanda de refrigeración del modelo 2_AL_CI modificando parámetros individualmente. 39CASO DE ESTUDIO Como ocurría con la demanda de refrigeración, se ha podido comprobar que la demanda de calefacción, en los tres modelos y en las dos zonas climáticas, también disminuye al sustituir la cubierta invertida por la vegetal extensiva. Modelo 1: con la cubierta vegetal, la diferencia de la demanda es un 4% inferior en las dos zonas climáticas, E1 y A4. Modelo 2: la demanda de calefacciión con la cubierta verde se reduce también un 4% en Almería, y un 3% en León. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 1_AL_CI 1_AL_CV 1_LE_CI 1_LE_CV 2_AL_CI 2_AL_CV 2_LE_CI 2_LE_CV 3_AL_CI 3_AL_CV 3_LE_CI 3_LE_CV DEMANDA DE CALEFACCIÓN ANUAL (kWh/m²) fig. 176. Gráfica resumen de resultados demanda de calefacción. Tabla 14. Demanda de calefacción de todos los modelos. 40 CASO DE ESTUDIO Tabla 15. Demanda de calefacción modelos 1_LE_CI, 2_LE_CI y 3_LE_CI con actividad modificada. Modelo 3: en este caso se da la menor reducción de la demanda al sustituir la cubierta invertida por la verde, siendo la disminución de un 2% con la cubierta vegetal en Almería, y de un 1% con esta misma solución en León. Vemos que la diferencia en la demanda de calefacción con ambas soluciones no depende tanto de la zona climática, como sí ocurría con la de refrigeración. Llama la atención el modelo 3, que es el que experimenta la menor reducción, pero también el que tiene la demanda de calefacción más alta de los tres. Presumiblemente, que la demanda de calefacción sea más alta en este modelo será debido también al uso asignado, en este caso vivienda, ya que en situación de invierno, las cargas internas contribuyen a reducir la demanda. Sería por esto que los modelos con mayores ganancias internas obtienen una menor demanda, mientras que el de vivienda, con unas ganancias mucho menores por la baja ocupación, sumado al hecho de que es el modelo con más superficie construida, presenta una mayor demanda de calefacción. Para aumentar el grado de certidumbre de los resultados obtenidos, se ha vuelto a realizar un análisis de sensibilidad. Se han comprobado los resultados de la demanda de calefacción modificando las plantillas de uso: el modelo 1_LE_CI con la plantilla de actividad del uso comercial, 2_LE_CI con la plantilla de actividad del uso vivienda y 3_LE_CI con la del uso docente, y se presentan en la tabla 15. Los datos contenidos en estas plantillas y que van a modificar los resultados son los de ocupación, tasa metabólica, caudal de ventilación, equipos e iluminación. Esta comprobación confirma que la plantilla de actividad del uso vivienda provoca un aumento de la demanda. Además, es la que lo hace en mayor medida, ya que el modelo 2, ahora calculado con esta plantilla, es el que experimenta un mayor aumento de la demanda. Sin embargo, la demanda del modelo 3 sigue siendo la más alta de los tres incluso habiendo cambiado las plantillas de actividad. Hay que tener en cuenta que este modelo es el que tiene la mayor superficie construida y también es el único que no cuenta con recuperador de calor. La siguiente prueba que se ha realizado es el cálculo del modelo 3_LE_CI con y sin recuperador de calor, y con las plantillas de actividad del uso vivienda y docente. Los resultados de esta comprobación se presentan en la tabla 16. Vemos que al introducir el recuperador de calor de la misma eficiencia que el de los modelos 1 y 2 (73%), la demanda de calefacción calculada con la plantilla de actividad del uso docente se reduce en casi un 80%. Com- Tabla 16. Demanda de calefacción del modelo 3_LE_CI con y sin recuperador de calor. 47BIBLIOGRAFÍA de 2019). (25) Stoutjesdijk, Ph. y Barkman, J. J. (2014). Microclimate, vegetation and fauna. KNNV Publishing. (26) Chen Yu. (2006). The intervention of plants in the conflicts between buildings and climate: a case study in Singapore [Tesis doctoral]. Universidad Nacional de Singapur. (27) Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio, Junta de Andalucía. (2016). 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Caudales de aire exterior, l/s por persona. 49ANEXOS ANEXOS Anexo I. Fichas de edificios En este anexo se incluyen 11 fichas de los 26 ejemplos de aplicación del apartado 2.2.2.1. 50 ANEXOS THE NAMAN RETREATEDIFICIO BABILONIA(34)figs.47-55 Datos del proyecto Arquitecto: Vo Trong Nghia Architects Ubicación: Da Nang, Vietnam Año inauguración: 2015 Programa: hotel & spa Superficie construida: 3 ha (total de la intervención), 2,416.9 m2 (edificio) Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubierta: 805.3 m2 Superficie vegetación en cubierta: 0 Superficie fachada: 1,726.67 m2 Superficie vegetación en fachada: 1,487.08 m2 (86%) Descripción del proyecto Concepto: se busca crear un ambiente natural por medio de la piedra natural, el bambú y la vegetación, que además purifica el ambiente. Sistema verde empleado: todo el complejo se proyecta como un bosque tropical en el que se encuentran árboles y bambú en las zonas libres, y cubiertas ajardinadas que integran las villas en el ambiente. Destaca el edificio Babilonia, cuya fachada está completamente cubierta por vegetación. Se coloca una celosía de lamas de hormigón prefabricado de 5x15 cm en la fachada a modo de doble piel sobre la cual crecen plantas enredaderas. Se pretende conseguir un colchón térmico que proteja de la radiación del sol pero que permita el paso del aire. Tipo de planta: Quisqualis indica (trepadora), Vernonia elliptica, Spathiphyllum wallisii y Aglaia duperreana, plantadas en maceteros en los pasillos y balcones. Planimetría e imágenes Planta tipo Sección transversal Alzado noroeste Plano de situación Vista de la fachada vegetal en las habitaciones Vistas del interior de la fachada vegetal 51ANEXOS PLANTER BOX HOUSE(35)figs.56-61 Datos del proyecto Arquitecto: Formzero Ubicación: Kuala Lumpur, Malasia Año inauguración: 2017 Programa: vivienda Superficie construida: 340 m2 Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubierta: 164.4 m2 Superficie vegetación en cubierta: 51.16 m2 (31 %) Superficie fachada: 639.4 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 m2 Descripción del proyecto Concepto:la vivienda se diseña para una pareja de jubilados apasionados por el cultivo de alimentos. Las plantas que cubren la casa no se encuentran definidas, haciendo que varíe entre hjardín, cultivos y casa, redefiniendo el concepto de casa tropical. Sistema verde empleado: balcones verdes construidos con hormigón armado, cuyo encofrado se realiza con bambú partido para otorgarle al hormigón una textura orgánica. Tipo de planta: más de 40 tipos de plantas comestibles. Planimetría e imágenes Sección longitudnial. Vistas de los balcones desde el interior. 52 ANEXOS BOSCO VERTICALE (36) figs.62-68 Planimetría e imágenes Planta tipo Cambio de color previsto de los alzados por las estaciones Datos del proyecto Arquitecto: Stefano Boeri Architetti Ubicación: Milán, Italia Año inauguración: 2014 Programa: residencial Superficie construida: 35,149.31 m2 Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubiertas*: 6,362.43 m2 Superficie vegetación en cubierta: 1,708.37 m2 (27%) Superficie fachada: 20,527.56 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 (se mide la superficie en planta de balcones) *Se incluye la superficie de balcones Descripción del proyecto Concepto: la intención es la de construir un bosque en vertical, que cada vivienda tenga espacio exterior “natural” propio, con la finalidad de llevar a cabo un crecimiento sostenible de la ciudad, aumentar la biodiversidad del ecosistema urbano y crear un microclima que proteja al edificio. Sistema verde empleado: la vegetación se integra a través de maceteros colocados en los balcones de las viviendas. El macetero se construye como un vaso de hormigón prefabricado apoyado en el extremo del forjado y rellenado con la tierra donde se transplantan las especies vegetales precultivadas en un vivero. Los maceteros sirven también de antepecho para las terrazas. Tipo de planta: 800 árboles (480 grandes y medianos, 300 pequeños), 11000 plantas perennes y 5000 arbustos (no se especifican especies). Diagramas 3D de los sistemas de agua y vegetación Sección y vista del balcón verde 53ANEXOS HA LONG VILLA (37) figs.69-76 Datos del proyecto Arquitecto: Vo Trong Nghia Architects Ubicación: Ha Long, Vietnam Año inauguración: 2020 Programa: vivienda unifamiliar Superficie construida: 1,190 m2 Superficie vegetación interior: 2.84 m2 (0.2%) Superficie cubierta*: 307.24 m2 Superficie vegetación en cubierta: 144.58 m2 (47%) Superficie fachada: 973.35 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 *Se incluye la superficie de terraza Descripción del proyecto Concepto: el proyecto trata de conectar a las personas con la naturaleza creando un espacio donde el ususario pueda vivir en un bosque. Se pretende también recuperar y aumentar la superficie de vegetación original perdida por el crecimiento de la ciudad. Sistema verde empleado: la fachada de la vivienda se duplica para generar un espacio semi-exterior donde se coloca vegetación. Este espacio es un jardín elevado que envuelve la casa en todas sus plantas (6 niveles), y se proyecta como un colchón entre la doble piel de la fachada que protege del clima cálido y del ruido. También hay un jardín interior en la cuarta planta y una parte de la cubierta es vegetal. Tipo de planta: no se especifica. Planta baja Sección transversal3D conceptual del proyecto Planimetría e imágenes Segunda planta Cuarta planta Sección transversal 54 ANEXOS COPENHILL (38) figs.77-82 Datos del proyecto Arquitecto: Bjarke Ingels Group (BIG) Ubicación: Copenhague, Dinamarca Año inauguración: 2017 Programa: planta de energía y centro de recreación urbana Superficie construida: 41,000 m2 Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubierta: 10,600 m2 Superficie vegetación en cubierta: 10,000 m2 (94%) Superficie fachada: 25,490.81 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 Descripción del proyecto Concepto: se trata de aunar una planta de reciclaje y de producción de energía con una pista de esquím un camino para senderismo y una muro de escalada, lo que el autor define comoo una “noción hedonista de la sustentabilidad”. Aprovechar los requerimientos del programa (altura y superficie) para crear una montaña en la ciudad que sirva de espacio recreativo para sus habitantes. Sistema verde empleado: toda la cubierta del edificio se construye como una cubierta ecológica que quiere imitar una montaña natural, incluyendo zonas de vegetación frondosa. Se han encontrado también diagramas de proyecto que indicaban que parte de la fachada iba a ser vegetal, pero finalmente no se encuentra documentación ni inndicios de que sea así enel edificio terminado. Tipo de planta: no se especifica. Planta baja Planimetría e imágenes Diagrama vegetación en fachadaDiagrama vegetación en cubierta Imagen zona frondosa cubierta 55ANEXOS BIESBOSCH MUSEUM ISLAND (39) figs.83-91 Datos del proyecto Arquitecto: Studio Marco Vermeulen Ubicación: Werkendam, Países Bajos Año inauguración: 2015 Programa: parque y museo Superficie construida: 1,300 m2 Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubierta: 2,955.82 m2 Superficie vegetación en cubierta: 2,786.47 m2(94%) Superficie fachada*: 261.82 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 *Se toma como fachada solo la parte de vidrio. Descripción del proyecto Concepto: es un proyecto de rehabilitación del anterior museo que mantiene su estructura hexagonal original y lo amplía para hacer frente a las necesidades actuales. La forma de la cubierta responde a la necesidad de obtener espacio interior para las oficinas y además ofrecer un espacio al visitante que simule una experiencia en las montañas. Sistema verde empleado: todo el edificio está cubierto por una cubierta vegetal, el resto del cerramiento es de vidrio. Se escoge este sistema para minimizar el consumo energético. La parte noroeste del edificio está enterrada y esto junto a la cubierta vegetal actúan de colchón térmico que protege al edificio. Tipo de planta: césped y hierbas. Planta baja Sección longitudinal Planimetría e imágenes Planta bajo cubierta Planta de cubierta Diagrama 3D de la implantación del proyecto Sección transversal por el espacio de entrada Alzado norte 56 ANEXOS LICEO MARCEL SEMBAT(40)figs.92-97 Datos del proyecto Arquitecto: archi5+B Huidobro Ubicación: Sotteville-lès-Rouen, Francia Año inauguración: 2011 Programa: instituto de secundaria Superficie construida: 18,927.38 m2 Superficie vegetación interior: 0 Superficie cubierta: 9,463.69 m2 Superficie vegetación en cubierta: 9,463.69 m2 (100 %) Superficie fachada: 6,715.67 m2 Superficie vegetación en fachada: 0 Descripción del proyecto Concepto: se pretendía otorgar al edificio existente y a la ampliación de una unidad formal a la vez que reconectarlo con su entorno. La cubierta se proyecta de esta forma para que sus líneas acompañen la topografía del parque junto al que se encuentra. Sistema verde empleado: cubierta verde extennsiva sobre planchas de acero. Tipo de planta: no se especifica. Planimetría e imágenes Planta de situación. Planta baja. Sección longitudinal Sección transversal 63ANEXOS Modelo 3: Cada planta del edificio se introduce como un bloque diferente, figura 144, con la altura y las dimensiones definidas para este modelo en la figura 145. A.I.3. Actividad El programa emplea otras plantillas, las plantillas de actividad, para calcular las cargas internas del edificio. En estas plantillas, en función de la actividad que se escoja, se recogen los datos relativos a los ocupantes, iluminación y equipos. La plantilla que se asigna a cada modelo depende del uso que se ha definido para cada uno. De esta forma: Modelo 1: El uso asignado a este modelo es docente, por lo que, de las plantillas predefinidas de DesignBuilder, se ha escogido una genérica de “zonas de enseñanza”. Los parámetros relativos a la ocupación, como la densidad de ocupación, tasa metabólica y el grado de vestimenta; los de control ambiental (temperaturas de consigna para calefacción y refrigeración, humedad relativa de consigna para humidificación y deshumidificación), y de aire exterior mínimo de ventilación, que vienen con valores predeterminados de la ASHRAE, se han modificado tomando los valores del RITE(65), como puede verse en la figura 146. En cuanto a los equipos y la iluminación, se han dejado las plantillas predeterminadas asociadas a la de actividad, expuestas en la figura 147. fig. 144. Modelo 3 en DesignBuilder GSPublisherVersion 0.70.100.100 9,00 8,00 9,00 26,00 55,00 20,00 20,00 20,00 35,00 25,00 10,00 10,00 10,00 4,70 3,70 0,70 21,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 0,70 8,70 0,703,703,70 5,50 Hoja de Trabajo (2) fig. 145. Datos geométricos del modelo 3 GSPublisherVersion 0.70.100.100 9,00 8,00 9,00 26,00 55,00 20,00 20,00 20,00 35,00 25,00 10,00 10,00 10,00 4,70 3,70 0,70 21,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 2,70 0,70 8,70 0,703,703,70 5,50 Hoja de Trabajo (2) fig. 146. Plantilla de actividad del modelo 1 64 ANEXOS Modelo 2: El uso asignado a este modelo es comercial, por lo que se ha tomado una plantilla de “zona de ventas” genérica de las incluidas en el programa. Al igual que en modelo anterior, los parámetros relativos a la ocupación, condiciones interiores de confort y aire mínimo de ventilación se han modificado en función de los valores recogidos en el RITE. La plantilla de actividad del modelo 2 queda como puede verse en la figura 148. En cuanto a los equipos y la iluminación, se han mantenido las plantillas predeterminadas asociadas a la de actividad, expuestas en la figura 149. fig. 147. Plantilla de equipos e iluminación del modelo 1 fig. 148. Plantilla de actividad del modelo 2 fig. 149. Plantilla de equipos e iluminación del modelo 2 65ANEXOS Modelo 3: Como el uso de este modelo es vivienda, se le ha asignado una plantilla genérica de vivienda. La ocupación se ha determinado para 4 ocupantes por vivienda, para 3 viviendas por cada una de las 7 plantas del modelo. Las condiciones interiores de confort se han definido conforme a las indicadas por el RITE, y el caudal de ventilación se ha calculado siguiendo el método del CTE DB-HS3, específico para vivienda. La plantilla de actividad del modelo 3 queda como puede verse en la figura 150. En cuanto a los equipos y la iluminación, se han mantenido las plantillas predeterminadas asociadas a la de actividad, expuestas en la figura 151. A.I.4. Cerramientos Los cerramientos se han definido de acuerdo a las soluciones descritas en el apartado 3.1.3. Definición de la envolvente térmica, manteniendo los espesores de cada capa y variando solo el espesor del aislamiento térmico de una ciudad a otra. Se han incluido las capturas de los elementos de la envolvente introducidos en el programa para Almería y León., correspondientes a las figuras 152-159. fig. 150. Plantilla de actividad del modelo 3 fig. 151. Plantilla de equipos e iluminación del modelo 3 66 ANEXOS Suelo en contacto con el terreno: Fachada: Cubierta invertida: fig. 152. Sección de suelo en contacto con el terreno en Almería fig. 153. Sección de suelo en contacto con el terreno en León fig. 154. Sección de fachada en Almería fig. 155. Sección de fachada en León fig. 156. Sección de cubierta invertida en Almería fig. 157. Sección de cubierta invertida en León 67ANEXOS fig. 155. Sección de fachada en León fig. 157. Sección de cubierta invertida en León Cubierta vegetal: Para introducir la cubierta verde en DesignBuilder se han mantenido las capas de la cubierta invertida y únicamente se ha modificado la última capa, de grava en la invertida, y de material “cubierta verde” en esta. Se opta por realizarlo de esta manera para poder atribuir más fácilmente el cambio en la demanda a la la capa de cubierta verde. Este material de cubierta verde se ha creado a partir de otro material ya incluido en el programa, “Cultivated Clay Soil”, al que se le ha activado la casilla de cubierta verde. El programa, como se ha comentado anteriormente, tiene en cuenta una serie de parámetros de la vegetación y del sustrato con los que realiza el cálculo de la cubierta vegetal. En la figura 160 se muestran estos parámetros y los valores que se han tomado, que son los que vienen por defecto en el programa, ya que estos corresponden a una cubierta vegetal extensiva, como es el caso de la cubierta escogida para la simulación. A.I.5. Huecos La disposición de huecos en los modelos, al ser teóricos, no responde a la distribución interior, sino que se hace en base a un porcentaje que, por el uso del edificio, se presupone que será el que aproximadamente pueda tener cada uno. La dimensión y localización de los huecos en los modelos también se ha introducido de acuerdo a las que suelen tener estos tipos de edificios. Como ya se describió en el apartado 3.1.3, el modelo 1, de uso docente, tiene un porcentaje de huecos del fig. 158. Sección de cubierta vegetal en Almería fig. 159. Sección de cubierta vegetal en León fig. 160. Parámetros de cálculo de la cubierta vegetal en ambas ciudades 68 ANEXOS 30%. El modelo 2, comercial, tiene cuatro grandes huecos en las fachadas por las que se produciría el acceso, de 2.70x9.40 m, y el resto de fachadas son ciegas. Por último, el modelo 3, de uso residencial, tiene un porcentaje de huecos del 20%. El marco escogido para las dos ciudades es el mismo, de PVC, pero el acristalamiento sí es diferente en cada una de ellas. El tipo de acristalamiento se ha escogido para que la transmitancia térmica fuera lo más parecida posible a la calculada manualmente y recogida en la tabla 8 del capítulo 3.1.3. En Almería: la plantilla de huecos queda definida como puede observarse en la figura 161, y en las figuras 162 y 163 se resumen las transmitancias de los vidrios y del marco, respectivamente. En León: la plantilla de huecos introducida en León puede verse en la figua 164, al igual que la transmitancia del acristalamiento de esta ciudad, en la figura 165, y la del marco, en la 163. fig. 161. Plantilla de huecos en Almería fig. 162. Transmitacia térmica del acristalamiento de Almería fig. 163. Transmitacia térmica del marco fig. 164. Plantilla de huecos en León 69ANEXOS fig. 163. Transmitacia térmica del marco En cuanto a los elementos de sombra, en los tres modelos se ha introducido un retranqueo de 20 cm, además de persianas de tablillas del tipo veneciana en los modelos 1 y 3, reflejado en la figura 166, y voladizos de 1.5 m sobre los huecos del modelo 2, en la figura 167. A.I.6. Sistemas Las plantillas de los sistemas de calefacción, ventilación y refrigeración se han mantenido como las predefinidas del programa para cada uso. Lo único que se ha modificado ha sido que se ha activado la casilla de recuperador de calor en los modelos 1 y 2, y se le ha definido una eficiencia del 73% , según el actual Reglamento (UE) 1253/2014 por el cual se desarrolla la Directiva 2009/125/CE del Parlamento Europeo sobre requisitos de diseño ecológico para las unidades de ventilación no residenciales bidireccionales (a partir del 1 de enero de 2018). Las plantillas de sistemas de los modelos 1, 2 y 3 se presentan en las figuras 168, 169 y 170, respectivamente. fig. 165. Transmitacia térmica del acristalamiento de León fig. 163. Transmitacia térmica del marco fig. 166. Elementos de sombra de los modelos 1 y 3. fig. 167. Elementos de sombra del modelo 2. 70 ANEXOS fig. 168. Plantilla de sistemas del modelo 1. fig. 169. Plantilla de sistemas del modelo 2. fig. 170. Plantilla de sistemas del modelo 3. 71ANEXOS Anexo III. Listado de figuras fig.1. Etiqueta de eficiencia energética. Fuente: Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico. fig.2, fig.3 y fig.4. Certificaciones del PassivHaus Institute. Fuente: https://passivehouse.com/03_certification/02_certification_buildings/08_energy_standards/08_energy_stan- dards.html fig.5, fig.6, fig.7 y fig.8. Niveles certificación LEED. Fuente: https://arquitectura-sostenible.es/certificados/leed/ fig.9. Certificación BREEAM Excelente. Fuente: https://breeam.es/ fig.10. Certificación VERDE 5 hojas. https://arquitectura-sostenible.es/certificados/verde/ fig.11. Certificación WELL Platinum. Fuente: https://bioconstruccion.com.mx/certificacion-well/ fig.12, fid.13, fig.14 y fig.15. Captación directa por invernadero, captación indirecta por muro acumulador, chimenea de viento y cubierta húmeda. Fuente: Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible. F. Javier Neila González. Editorial Munilla-Lería. Marzo 2004. fig.16. Highrise of homes. James Wines. Fuente: Revista A+T. Hybrids I. Híbridos verticales. 2008. fig.17. Formación de las hojas en distintos entornos. Fuente: Arquitectura y clima. Victor Olgyay. Editorial Gustavo Gili, edición 1998. Primera edición: Princeton University Press, 1963. Pág. 85. fig.18. Esquema de la influencia de la evapotranspiración. Fuente: https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/698_isla-de-calor-urbana fig.19. Esquema del balance energético terrestre. Fuente: The Earth System. Robert G. Crane, Lee Kump, James Kasting. Tercera edición. 2010. fig.20. Diferentes maneras de integrar sistemas verdes en el edificio. Fuente: The impact of Greening Systems on building energy performance: A Literature Rivew, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45: 610-623. Babak Raji, Marin J. Tenpierik, Andy van den Dobbelsteen. Mayo de 2015. fig.21-fig.46. Imágenes ejemplos de edificios. Fuente: Google Imágenes. fig.47-fig.55. Imágenes y planos del edificio Babilonia del Naman Retreat. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.archdaily.com/771271/naman-retreat- the-babylon-vo-trong-nghia-architects fig. 56-61. Imágenes y planos de Planter Box House. Fuente:https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/910533/casa-macetero-formzero/5c4a7e48284d- d1c4c000001d-planter-box-house-formzero-photo?next_project=no fig.62-fig.68. Imágenes y planos del Bosco Verticale. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/777541/ bosco-verticale-stefano-boeri-architetti fig.69-fig.76. Imágenes y planos de la Ha Long Villa. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/953083/ casa-ha-long-vtn-architects fig.77-fig.82. Imágenes y planos del CopenHill. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/928592/ planta-de-energia-copenhill-y-centro-de-recreacion-urbana-big fig.83-fig.91. Imágenes y planos del Biesbosch Museum Island. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.archdaily.com/777852/biesbosch-mu- seum-island-studio-marco-vermeulen?ad_source=search&ad_medium=search_result_all 72 ANEXOS fig. 92-97. Imágenes y planos del Liceo Marcel Sembat. Fuente:https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/02-206166/escuela-secundaria-marcel-sembat-archi5/509d4fb4b- 3fc4b56c1000161-escuela-secundaria-marcel-sembat-archi5-foto?next_project=no fig.98-fig.105. Imágenes y planos del 1Hotel Paris. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.dezeen.com/2017/06/28/eco-luxury- hotel-kengo-kuma-paris-france-plant-covered-news/ fig.106-fig.113. Imágenes y planos del edificio de la Fundación Ford. Fuente: todas las imágenes y planos están sacados de la web: https://www.archdaily.com/436653/ad-clas- sics-the-ford-foundation-kevin-roche-john-dinkeloo-and-associates fig. 114-119. Imágenes y planos de Can Jaime i n’Isabelle. Fuente:https://www.metalocus.es/es/noticias/oasis-mallorquin-adaptado-a-la-topografia-del-terreno-la-ca- sa-de-jaime-e-isabelle-por-teda-arquitectes fig. 120-125. Imágenes y planos del polideportivo Turó de la Peira. Fuente:https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/922092/polideportivo-turo-de-la-peira-anna-noguera-plus-ja- vier-fernandez/5d411340284dd1222600007b-polideportivo-turo-de-la-peira-anna-noguera-plus-javier-fernan- dez-foto?next_project=no fig.126. Sección constructiva cubierta vegetal Fuente: elaboración propia. fig.127. Esquema del balance energético en una cubierta verde. Fuente: Manual de ayuda DesignBuilder en español. Arturo Ordoñez García Versión 2017.03.03. fig.128. Planta baja del colegio CEU San Pablo. Fuente: https://www.buro4.es/portfolio/reforma-de-edificio-administrativo-colegio-ceu-san-pablo/ fig. 129. Planta del colegio “El Jardín Secreto”. Fuente: https://www.pinterest.ru/pin/359021401543730715/?amp_client_id=CLIENT_ID(_)&mweb_unauth_id=&simplified=true fig. 130. Planta baja del Edificio 111 de Flores y Prats. Fuente: https://floresprats.com/archive/edificio-111/ fig. 131. Planta comercial del Edificio y Galería Comercial AMES. Fuente:https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/02-348670/clasicos-de-arquitectura-edificio-y-galeria-comer- cial-ames-avila-guevara-moyano-y-zarazaga/533b488cc07a807cd5000008 fig. 132. Edificio La Chapelle, Studio Muoto. Fuente: https://www.pinterest.se/pin/65794844543403960/ fig. 133. Edificio de apartamentos en Zúrich, E2A. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/edificio-escherpark-zurich fig. 134 . Sección constructiva suelo en contacto con el terreno. Fuente: elaboración propia. fig.135. Sección constructiva fachada. Fuente: elaboración propia. fig.136. Sección constructiva cubierta plana invertida no transitable. Fuente: elaboración propia. fig.137. Sección constructiva cubierta vegetal extensiva. Fuente: elaboración propia. fig.138. Datos de sitio de Almería. Fuente: elaboración propia. fig.139. Datos de sitio de León. Fuente: elaboración propia. fig.140. Modelo 1 en DesignBuilder. Fuente: elaboración propia. fig.141. Datos geométricos del modelo 1. Fuente: elaboración propia. fig.142. Modelo 2 en DesignBuilder.