Fachadas cinéticas bioinspiradas: Hacia la sostenibilidad y descarbonización de edificios

FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONIZACIÓN DE EDIFICIOS ALUMNA: Isabel Pescuezo Castillo TUTORA: Mª Carmen Llatas Oliver TITULACIÓN: Grado en Fundamentos de la Arquitectura Escuela Técnica Superior de Arquitectura, Universidad de Sevilla. AÑO ACADÉMICO: 2022/2023 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 "Mira profundamente en la naturaleza y entonces comprenderás todo mejor" Albert Einstein ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 1 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 RESUMEN El diseño de fachadas cinéticas ha ido en aumento desde la segunda mitad del siglo XX hasta la actualidad. Se entiende como fachada cinética aquella en la que el movimiento es protagonista ya sea en forma de mecanismos, desde las propiedades del material que la compone, o desde la percepción del observador. Debido a la cada vez más preocupación por el medioambiente y a los efectos del calentamiento global de la Tierra, las fachadas cinéticas se han convertido en una solución sostenible que ayuda de forma activa a la eficiencia energética gracias a su adaptación a las condiciones climáticas y cambios medioambientales que las fachadas convencionales no pueden lograr, y que tiene como objetivo la reducción del gasto energético del edificio gracias a su papel como mediador entre el interior y el exterior. Si se puede encontrar un ejemplo de superviviencia y adaptación a los diversos cambios mediambientales, este es el de la naturaleza. Los organismos vivos, ya sean plantas, animales, etc., han evolucionado a través de estrategias que les permitiese adaptarse al medio cambiante que los rodea. Sin embargo, mientras que la naturaleza se adapta al clima, en arquitectura, los edificios no responden de forma activa a estos cambios. En base a esto, la biomímesis busca utilizar la naturaleza como modelo y encontrar en ella soluciones sostenibles a través del entendimien- to de su forma de supervivencia. En este TFG se ha analizado el sistema de fachada cinética a través de edificios y fachadas bioinspiradas y representativas en distintas condiciones climáticas, y se han buscado estrategias de adaptación en la naturaleza que se puedan aplicar al diseño de fachadas cinéticas en diversos tipos de clima que nos ayuden a reducir el consumo de energía en los edificios y por tanto a combatir el cambio climático y mejorar en sostenibilidad. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADA CINÉTICA BIOMÍMESIS FACHADA BIOINSPIRADA EFICIENCIA ENERGÉTICA SOSTENIBILIDAD 2 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ABSTRACT The design of kinetic façades has been on the rise since the second half of the 20th century to the present day. A kinetic façade is understood as one in which movement is the protagonist either in the form of mechanisms, from the properties of the material of which it is composed, or from the perception of the observer. Due to increasing environmental concerns and the effects of global warming, kinetic façades have become a sustainable solution that actively supports energy efficiency by adapting to climatic conditions and environmental changes that conventional façades cannot achieve, and aims to reduce the building's energy consumption through its role as a mediator between inside and outside. If one can find an example of survival and adaptation to various environmental changes, it is that of nature. Living organisms, be they plants, animals, etc., have evolved through strategies that allow them to adapt to the changing environment around them. However, while nature adapts to the climate, in architecture, buildings do not actively respond to these changes. On this basis, biomimicry seeks to use nature as a model and find sustainable solutions in it by understanding how it survives. In this TFG we have analysed the kinetic façade system through bio-inspired and representative buildings and façades in different climatic conditions, and we have looked for adaptation strategies in nature that can be applied to the design of kinetic façades in different types of climate that help us to reduce energy consumption in buildings and therefore to combat climate change and improve sustainability. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver KINETIC FAÇADE BIOMIMICRY BIO-INSPIRED FAÇADE ENERGY EFFICIENCY SUSTAINABILITY FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo general 2.2. Objetivos específicos 3. MÉTODO 4. ESTADO DE LA CUESTIÓN 4.1. Eficiencia energética y sostenibilidad 4.2. La envolvente 4.2.1. El papel de la envolvente en el consumo energético de un edificio 4.2.2. Clasificación de fachadas 4.3. Fachadas cinéticas 4.4. Biomímesis en la arquitectura 5. FACHADAS CINÉTICAS Y CLIMA 5.1. Zonas climáticas 5.1.1. Definición de clima 5.1.2. El clima y la arquitectura 5.1.3. Clasificaciones climáticas 5.1.4. Clasificación climática de Köppen 5.2. Parámetros ambientales 5.2.1. Radiación solar 5.2.2. Temperatura 5.2.3. Humedad 5.2.4. Pluviosidad 5.2.5. Viento 5.2.6. Resumen ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.3. Estrategias de biomímesis de seres vivos y su aplicación en la arquitectura 5.4. Clasificación de fachadas cinéticas 5.4.1. Clima Tropical A 5.4.2. Clima Seco B 5.4.3. Clima Templado C 5.4.4. Clima Continental D 5.4.5. Clima Polar E 5.5. Fichas de fachadas cinéticas representativas por clima 5.6. Estrategias de biomímesis de fachadas cinéticas según zona climática 5.6.1. Clima Tropical A 5.6.2. Clima Seco B 5.6.3. Clima Templado C 5.6.4. Clima Continental D 5.6.5. Clima Polar E 6. CONCLUSIONES 7. RELACIÓN DE IMÁGENES 8. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS 23 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 1. INTRODUCCIÓN A lo largo de estos últimos años se ha trabajado en la búsqueda de métodos y estrategias para mejorar la sostenibilidad y eficiencia enegética de los edificios dada la importancia de reducir el elevado consumo energético que está perjudicando el bienestar de nuestro planeta. Las estrategias más utilizadas para el diseño de edificios de bajo consumo se centran en la envolvente como medio principal y lo hacen a través de métodos pasivos y el uso de las nuevas tecnologías. Aunque siempre ha existido una preocupación sobre el buen diseño de la envolvente, la realidad es que a veces se descuida el entorno que la rodea y solo se centra en su papel como cobijo. Como consecuencia de esto último, para encontrar el confort interior de los ocupantes, se tienen que implementar sistemas eléctricos y activos que regulen aspectos tan importantes como la iluminación, la calefacción, la ventilación, etc., lo que genera un gran gasto energético. Si se tuvieran que proponer las aspiraciones ideales de la envolvente de un edificio con respecto a su eficiencia energética, estas serían que redujera el consumo energético, que respondieran a las condiciones medioambientales, y que el uso de sistemas mecánicos fuera reducido. La envolvente es la "piel" de un edificio, la cual tiene que mediar entre el medioambiente exterior y el interior. Las estrategias pasivas se centran en impedir las ganancias y pérdidas del calor a través de barreras protectoras y en encontrar la mejor orientación del edificio entre otras, pero las nuevas tecnologías contribuyen a que las envolventes, y en especial las fachadas, que son en las que se centra este TFG, se adapten a las condiciones medioambientales que son continuamente variables en el tiempo utilizando un mínimo de energía. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 4 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 5 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 1. INTRODUCCIÓN Más aún, cuando se habla de adaptación al medio, no hay mejor ejemplo que los organismos naturales y su aclimatación constante a la naturaleza. En la literatura científica existen numerosos estudios sobre fachadas cinéticas. En este TFG como novedad, se realiza una búsqueda representativa de fachadas cinéticas clasificándolas según zonas climáticas. De esta forma se analizan estrategias de biomímesis empleadas en estas fachadas teniendo en cuenta los parámetros ambientales de cada zona climática y las estrategias de biomímesis empleadas por los seres vivos para adaptarse a las condiciones climáticas de cada lugar. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 4 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 2. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL (OG) El Objetivo General (OG) de este Trabajo Fin de Grado (TFG) es estudiar y analizar soluciones de fachadas cinéticas inspiradas en la biomímesis, y explorar los beneficios en cuanto a la sostenibilidad y a la eficiencia energética que aportan sus estrategias frente a otras fachadas no cinéticas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS (OE) Para lograr el objetivo general, los Objetivos Específicos (OE), son: OE1. Analizar el comportamiento biomimético de los organismos vivos (plantas y animales) para estudiar sus métodos de adaptación a cada zona climática con el objetivo de trasladarlos al ámbito de la arquitectura. OE2. Categorizar, justificar y analizar distintas soluciones de fachadas cinéticas según zonas climáticas, e identificar y proponer estrategias de biomímesis comunes en cada tipo de zona climática. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 2.1. 2.2. 6 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 67 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 3. MÉTODO Para alcanzar los Objetivos de este TFG, ha sido necesario llevar a cabo las siguientes fases, como muestra la Figura 1. • Fase 1. Estado de la cuestión. Compilación de estudios y avances previos en este campo para la realización del Estado del Arte. Para ello ha sido necesario una búsqueda y recopilación de la información bibliográfica y científica sobre eficiencia energética en envolventes, fachadas cinéticas, y biomímesis en la arquitectura. La búsqueda se ha centrado en: (i) Estrategias de biomímesis empleadas en Arquitectura. (ii) Estudios sobre fachadas cinéticas que aborden su clasificación. (iii) Estudios que relacionen zonas climáticas y estrategias de biomímesis en Arquitectura. (iv) Estudios que aborden la eficiencia energética de este tipo de fachadas frente a las convencionales. El apartado 4 de este TFG incluye el estado de la cuestión. • Fase 2. Identificación y análisis de zonas climáticas. En esta etapa se han determinado y clasificado el ámbito de estudio según zonas climáticas. Esta clasificación se debe a la incidencia que las zonas climáticas tienen a la hora de abordar el diseño eficiente de las fachadas. El apartado 5.1 de este TFG incluye el análisis de las zonas climáticas. • Fase 3. Identificación y análisis de parámetros ambientales. En esta etapa se han identificado y analizado los principales parámetros ambientales a tener en cuenta en el diseño de las fachadas (cinéticas) según cada zona climática. El apartado 5.2 de este TFG incluye el análisis de los parámetros ambientales. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver Como se ha señalado, este TFG se centra en la fachada como elemento con el que a través de su diseño se puede conseguir un ahorro energético y sostenible. Según Hosseini (2019) [9] la fachada es una interfaz compleja entre el interior de los edificios y el ambiente exterior, que tiene la capacidad de funcionar como un elemento protector o regulador contra las fluctuaciones severas de la temperatura exterior. Existen diferentes clasificaciones de fachadas atendiendo a diversos criterios. Por un lado, podemos distinguir entre fachadas ligeras o pesadas, entre fachadas opacas o translúcidas (vidrio), fachadas unicapa o multicapa. Podemos clasificarlas en función de los materiales con los que está construida (obra de fábrica, metálica, acristalada, hormigón, etc.), o dependiendo de la forma de construcción, en tradicional o industrializada, o en fachadas estáticas (pasivas) o dinámicas. Esta última clasificación es objeto de más interés en este estudio debido al tema principal de este TFG y se basa en la respuesta que la propia fachada da a los cambios que se generan tanto en su exterior como en su interior. La fachada estática o pasiva responde a los cambios generados en el exterior por el clima y en el interior por los usuarios de forma pasiva, como su propio nombre indica, es decir, la fachada no sufre ninguna modificación en su configuración, en su estructura o en sus materiales, todo se basa en un diseño con estrategias pasivas que no variarán con los cambios y siempre responderá de la misma manera. El usuario que la observa siempre la verá estéticamente igual. Sin embargo, la fachada dinámica o cinética (se utilizan ambos términos indistintamente), reacciona de forma activa a estos cambios, adaptándose a las condiciones ambientales necesarias por los usuarios para lograr un confort interior. Al observar esta fachada se percibe cambio. Posteriormente se describirán sus características y diversas clasificaciones. 4.2. LA ENVOLVENTE 4.2.2. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS [9] Hosseini, S. M., Mohammadi, M., Rosemann, A., Schröder, T., & Lichtenberg, J. (2019). A morphological approach for kinetic façade design process to improve visual and thermal comfort: Review. In Building and Environment (Vol. 153, pp. 186–204). Elsevier Ltd. https:// doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.02.040 14 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 14 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 4.3. FACHADAS CINÉTICAS Como se ha descrito anteriormente, la fachada de un edificio juega un papel fundamental para conseguir el bienestar de los ocupantes en el interior y para ayudar a la eficiencia energética del edificio. Sin embargo, en el exterior, se producen cambios ambientales constantes a los que las fachadas más habituales diseñadas en la actualidad no son capaces de responder. Es por esta razón que cada vez más se realicen y se estudien soluciones de un carácter más dinámico que estén capacitadas de una forma activa para lograr rendimientos térmicos, lumínicos, higrostáticos óptimos, conseguir adaptarse a los cambios continuos (ya sean a corto –día- o a largo-año- plazo) del ambiente externo, y que además se aprovechen de las energías que provienen de los recursos naturales como el aire, el agua, la radiación solar, etc. Existen numerosos estudios sobre este tipo de fachadas en los que se utilizan diferentes formas de referirse a ellas: “adaptativas”, “dinámicas”, “activas”, “inteligentes”, “cinéticas”, etc. En realidad, aunque los significados exactos no sean los mismos, se utilizan de forma indistinta. Desde hace mucho tiempo, el cinetismo y la arquitectura han convivido. Las puertas y ventanas se pueden considerar como dispositivos cinéticos primitivos que han ido evolucionando a lo largo de los años convirtiéndose de manuales a mecánicos y hasta la actualidad con un desarrollo inteligente y electrónico. La evolución de los sistemas cinéticos en los edificios se puede explicar a través de una línea temporal marcada por el avance de la tecnología a lo largo de los años, distinguiéndose según Ramzy & Fayed [10], los siguientes tipos: - Sistemas cinéticos primitivos: En un principio se usaron aperturas pivotantes deslizantes que fueron un paso al frente para la comodidad y el control ambiental de los edificios. - Sistemas cinéticos prematuros (Revolución Industrial): Posteriormente las maquinarias, los motores de vapor y eléctricos representaron una revolución e inspi- SISTEMAS CINÉTICOS PRIMITIVOS SISTEMAS CINÉTICOS PREMATUROS Revolución Industrial SISTEMAS CINÉTICOS DESARROLLADOS Siglo XX SISTEMAS CINÉTICOS AVANZADOS A partir de 1950 Fig. 3. Línea temporal evolución sistemas cinéticos. Elaboración propia. 15 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver raron a los arquitectos con ideas como la arquitectura de gran altura, posible gracias al ascensor eléctrico. La aparición de la arquitectura futurista (de mayor movimiento, dinamismo y velocidad) también fue un paso importante. - Sistemas cinéticos desarrollados (s. XX): Se desarrollaron sistemas electrónicos y digitales que permitieron a los arquitectos incluir en sus diseños los sistemas cinéticos. Pensamiento de que la arquitectura tenía que reflejar algo de vitalidad. Ejemplos como los de Santiago Calatrava o el más exitoso el de Chuck Hoberman. -Sistemas cinéticos avanzados (era de la inteligencia artificial): Creación de máquinas informatizadas capaces de realizar tareas similares a las que permite el cerebro humano, como por ejemplo los robots y los sistemas de control remoto. Volviendo al término de fachada cinética, y como se ha descrito anteriormente, son nombradas de diferentes formas en los distintos estudios existentes. A efectos de este estudio tomamos la definición aportada por Ahmed Waseef et al. [11], según la cual una fachada cinética es “una fachada que se adapta y responde a los cambios de las condiciones medioambientales y que se puede aplicar para mejorar la calidad de la luz y el rendimiento del calor térmico en los espacios interiores del edificio. La adaptación se basa en movimientos que afectan a la estructura física o a las propiedades del material de la fachada del edificio sin minimizar la integridad estructural general” . El origen etimológico de la palabra cinético es griego y viene de la palabra kinesis cuyo significado es movimiento, por tanto, este es el aspecto fundamental, todo lo perteneciente o causado por el movimiento. Sin embargo, de acuerdo con un estudio [12] la clasificación de los sistemas cinéticos comienza con la división en dos grupos: estáticos y dinámicos. El movimiento estático es aquel en el que la manifestación del movimiento es percibida por el usuario y que normalmente persigue inquietudes estéticas. Por otro lado, el enfoque dinámico del movimiento es aquel en el que el cambio es real, y se puede dividir en dos categorías: espacial y no espacial. El movimiento espacial es aquel que es perceptible, de tal modo que se produce un cambio de un elemento en el espacio. El movimiento no espacial es el relacionado con las propiedades de los materiales. En cuanto a las formas de movimiento, para que éste exista, es necesario manipular de alguna forma los elementos que compongan los mecanismos de la fachada y con ello lograr así la función de la envolvente deseada. De acuerdo con Harry (2016) [13] se pueden describir cuatro métodos principales diferentes de actuación: -Activación mecánica: Es el más utilizado en el mundo de las fachadas cinéticas. Es aquel basado en motores. Se utilizan principalmente para reducir las ganancias solares. El más común es el sistema de persianas mecanizadas en edificios con una doble piel. Un ejemplo de este tipo es la fachada del edificio del Campus Kolding en Dinamarca (ver figuras 4 y 5). - Activación hidráulica: Constituyen un movimiento mecánico pero activado a través de un pistón introducido en un cilindro. Al accionarlo se produce una fuerza que puede mover un objeto externo. El movimiento producido puede ser lineal, giratorio u oscilatorio. Un ejemplo de este tipo es la Fig. 4. Fachada Campus Kolding Fuente:https://tectonica.archi/articles/university-of-southern-den- mark-henning-larsen-architects/ Fig. 5. Fachada Campus Kolding Fuente: https://www.archdaily.cl/cl/761390/ sdu-campus-kolding-henning-larsen-architects 16 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 16 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver fachada del edificio del Council House 2 en Melbourne, Australia (ver figuras 6 y 7). - Activación neumática: Los activadores neumáticos son similares a los hidráulicos, solo que se utiliza gas comprimido para generar la fuerza. Un ejemplo de este tipo es la fachada del edificio Media-TIC en Barcelona (ver figuras 8 y 9). - Activación basada en los materiales: Se utiliza la ciencia de los materiales para activar el movimiento. Se basa en que los materiales pueden usar señales emitidas en los sensores que van integrados y así activan las propiedades del material. Estos materiales han sido diseñados para imitar la adaptabilidad de los sistemas biológicos. Un ejemplo de este tipo es el sistema SolarLeaf, integrado en el edificio BIQ House en Hamburgo (ver figuras 10 y 11). De acuerdo con otro estudio [14], otra clasificación posible de las fachadas cinéticas es la referida al material utilizado en los elementos que componen la fachada Se pueden distinguir los siguientes tipos: - Materiales rígidos: en las que los movimientos dependen de mecanismos tales como juntas o bisagras que permiten la transferencia del movimiento de una parte a la otra. Los materiales más comunes son los metales, la madera y el vidrio. Los componentes se agrupan y crean un patrón con el fin de la trasmisión del movimiento. Los movimientos más habituales son el plegado, la rotación o el deslizamiento. Un ejemplo de estas es la fachada del edificio institucional Q1 en Essen en Alemania (ver figuras 12 y 13). Fig. 6. Fachada Council House Fuente:https://www.archdaily. com/395131/ch2-melbourne-ci- ty-council-house-2-designinc Fig. 7. Fachada Council House Fuente:https://www.archdaily. com/395131/ch2-melbourne-ci- ty-council-house-2-designinc Fig. 8. Fachada Media-TIC Fuente: https://arquitecturaviva. com/obras/edificio-media-tic Fig. 9. Fachada Media-TIC Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/edificio-me- dia-tic Fig. 10. Sistema SolarLeaf Fuente: https://www.arup.com/projects/solar-leaf Fig. 11. Sistema SolarLeaf Fuente: https://www.morethangreen.es/solarleaf-fachada-de-algas-bio-reactivas/ 17 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver - Materiales flexibles: al aplicarle una fuerza externa las características de estos materiales le permiten cambiar de forma sin perder su consistencia. Pueden ser lineales, como las fibras o cuerdas, o planos, como los textiles, el EFTE, el polietileno, etc. Los movimientos más habituales son el plegado, el doblado y el inflado. Un ejemplo de estas es la fachada textil del Nature Concert Hall en Letonia (ver figuras 14 y 15). - Materiales inteligentes: con el avance en la tecnología y en la biomimética, han aparecido nuevos materiales inteligentes cuyas características les permiten crear movimiento y transmitirlo cambiando sus propiedades como respuesta a estímulos externos. Un ejemplo es el sistema HygroSkin, un proyecto patentado por la Universidad de Stuttgart y que se explicará más adelante en el trabajo. En este TFG se tienen en cuenta las clasificaciones aquí estudiadas para posteriormente indicar el tipo de fachada cinética al que pertenecen las fachadas analizadas. El resumen de estas clasificaciones se detalla en el esquema de la Figura 16. Fig. 16. Esquema resumen de las clasificaciones estudiadas. Elaboración propia. [10] Ramzy, N., & Fayed, H. (2011). Kinetic systems in architecture: New approach for environmental control systems and context-sensitive buildings. Sustainable Cities and Society, 1(3), 170–177. https://doi.org/10.1016/j.scs.2011.07.004 [11] Waseef, A., Nashaat, B., Waseef, A. A., & El-Mowafy, B. N. (2017). Towards a new classification for responsive kinetic facades water sensitive urban design: a sustainable design approach to reform open spaces in low-income residential rehabilitation projects in egypt View project Master degree in portsaid university. https://www.researchgate.net/publication/331803253 [12] Abdul, A. G., Engin, S., Üyesi, Ö., & Dinçer, A. E. (2020). IDA: International Design and Art Journal. An evaluation approach specific to classification of kinetic architectural facades. [13] Harry, S. (2016). Dynamic Adaptive Building Envelopes – an Innovative and State-of- The-Art Technology. Creative Space, 3(2), 167–184. https://doi.org/10.15415/cs.2016.32011 [14] Mekhamar, A. A., & Hussein, A. H. (2021). kinetic facades: how nature of components affects the applications of different transformation strategies. In Ahmed Haleem Hussien / Engineering Research Journal (Vol. 170). Fig. 12. Fachada Q1, ThyssenKrupp Quarter Essen Fuente:https://www.archdaily.cl/cl/02- 235832/q1-thyssenkrupp-quarter-es- sen-jswd-architekten-chaix-morel-et-asso- cies Fig. 13. Fachada Q1, ThyssenKrupp Quarter Essen Fuente:https://www.archdaily.cl/cl/02- 235832/q1-thyssenkrupp-quarter-es- sen-jswd-architekten-chaix-morel-et-asso- cies Fig. 14. Nature Concert Hall Fuente: https://www.archdaily.cl/cl/625772/ en-detalle-fachada-textil-graduable Fig. 15. Envolvente Nature Concert Hall Fuente: https://www.archdaily.cl/cl/625772/ en-detalle-fachada-textil-graduable FACHADA CINÉTICA ENFOQUE ESTÁTICO ENFOQUE DINÁMICO ESPACIAL NO ESPACIAL Plegar Rotar Deslizar Doblar Inflar El movimiento no ocupa espacio, es un movimiento virtual percibido por las personas. Materiales inteligentes (Cambios en propiedades del material: textura, color, luminosidad, etc.) 18 Expandir FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 18 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 4.4. BIOMÍMESIS EN LA ARQUITECTURA El ser humano, desde el comienzo de su existencia, se ha inspirado en la naturaleza durante el transcurso de su vida incluso de forma inconsciente. Además, tanto el hombre como los demás seres vivos, se han tenido que adaptar a los cambios del entorno y sus hábitats naturales para ir sobreviviendo. Según Harry (2016) [15], la biomimética, o biomímesis (del griego Bios, vida, y mímesis, imitación), es una ciencia orientada a la investigación que estudia cómo se puede imitar la naturaleza adaptativa de los organismos vivos para encontrar una solución a los problemas creados por el hombre. Sin embargo, la biomímesis no consiste en imitar tal cual el mundo natural, sino que se deberán estudiar los principios de la naturaleza para luego trasladarlos a los problemas del ser humano de forma análoga. Janine Benyus, es una bióloga y escritora científica que estudió de forma profunda sobre este tema. Según Benyus [16], dentro de la biomímesis existen tres niveles: • Imitar la forma natural: utilizar la naturaleza como modelo para inspirarse en los diseños naturales para resolver problemas. • Imitar los procesos naturales: utilizar la naturaleza como medida ya que a lo largo de los años ella misma ha encontrado lo que funciona. • Imitar el funcionamiento de los sistemas naturales: la naturaleza como mentor, copiar sus conductas, ¿qué puede enseñarnos? El mundo de la arquitectura también se ha inspirado siempre en la naturaleza a través de sus materiales, la relación de las edificaciones con sus entornos y las imitaciones de las formas naturales ya sean en la estructura o en la forma de los edificios. Ejemplo de que la naturaleza lleva siglos acompañándonos en la arquitectura es el de Brunelleschi (1377-1446) y Leonardo da Vinci [17]. Brunelleschi, arquitecto del Renacimiento, se inspiró en el huevo de la gallina en la cúpula de Santa María del 19 oambientales y climáticas del entorno del edificio para hacerlo sostenible logrando mejoras en el rendimiento térmico y en el ahorro energético. Finalmente convendría destacar de nuevo como conclusión, que la naturaleza no se debe de imitar de forma directa, sino que la biomímesis en la arquitectura es funcional si entre el estudio del organismo y la implementación de las estrategias de los seres vivos logramos la abstracción de una idea o principio que soluciona un problema encontrado. FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver Fiore (Florencia). Leonardo da Vinci, observando el vuelo de las aves, desarrolló mecanismos análogos a ellas y, además, extrajo otras ideas del mundo natural que, aunque en su vida no se desarrollaron, han servido más adelante. Posteriormente, a comienzos del s.XX, con arquitectos como Frei Otto y el Art Nouveau, se vinculaban las estructuras naturales con las funciones del edificio para resolver tareas semejantes. Hoy día la biomímesis se utiliza como inspiración, como herramienta de creación en busca de los beneficios que la naturaleza nos puede aportar. La imitación del mundo natural en la arquitectura, como se ha descrito antes, puede ser a través de la forma o de los principios que lo rigen. El estudio del comportamiento de las plantas, por ejemplo, ha servido como modelo a la hora del desarrollo de nuevos materiales y métodos de aislamiento, impermeabilización, estructura, etc., ya que éstas dependen y se han adaptado a las condiciones climáticas del lugar al igual que se busca solucionar este problema en los edificios para conseguir una mejor eficiencia energética y sostenibilidad. Podemos considerar la fachada de un edificio de forma análoga como la piel de un organismo natural, que al igual que se adapta al medio para sobrevivir, ésta se comporte de forma semejante y se adapte a las condiciones medi- Fig. 17. Cúpula de Santa María del Fiore Fuente: https://www.enamoradosdeitalia.com/ florencia-descubre-la-cupula-del-brunelleschi/ Fig. 18. Manuscritos sobre vuelo de pájaros Fuente: https://patrimonioediciones.com/portfolio-item/el-codice-sobre-el-vuelo-de-los-pajaros/ [15] Harry, S. (2016). Dynamic Adaptive Building Envelopes – an Innovative and State-of- The-Art Technology. Creative Space, 3(2), 167–184. https://doi.org/10.15415/cs.2016.32011 [16] Benyus, J. M. (2012). Biomímesis: innovaciones inspiradas por la naturaleza (A. García Leal, Ed.) [Book]. Tusquets. [17] Pohl, G., & Nachtigall, W. (2015). Biomimetics for Architecture & Design. In Biomimetics for Architecture & Design. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3- 319-19120-1 ESTUDIO ABSTRACCIÓN CONSTRUCCIÓN 20 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 20 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5. FACHADAS CINÉTICAS Y CLIMA ¿Qué es el clima? Si acudimos al diccionario de la Real Academia Española (RAE) nos encontramos que clima se define como el “conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan una región” [18]. Si indagamos en el origen etimológico de la palabra, “clima” procede del latín clima, que a su vez procede del griego klima que significa inclinación del sol, o mejor matizado, inclinación de los rayos del sol sobre un lugar de la Tierra [19]. Teniendo en cuenta ambas definiciones y relacionando los conceptos de condiciones atmosféricas, sol y región (lugar de la Tierra) se pueden llegar a diversas afirmaciones: (Sol) la rotación de la Tierra alrededor del sol es la que marca el ritmo de las estaciones; (Región) la distancia relativa al ecuador será la que determine principalmente que un lugar sea frío o cálido; (Condiciones atmosféricas) el sol marcará los patrones de humedad y viento por la superficie terrestre. Se puede entonces afirmar que el clima es algo más profundo que lo que ambas definiciones nos dicen, que es una combinación compleja de distintos factores y parámetros. Los factores que lo definen son características inalterables de la propia ubicación del lugar tales como la latitud (distancia desde un punto de la superficie terrestre al ecuador), la altitud sobre el nivel del mar, la composición y naturaleza de la superficie de la tierra (influirá en su calentamiento), el factor de continentalidad (cercanía o lejanía con respecto a los océanos), la orografía (relieve) y la temperatura de la superficie del mar. Todos estos factores, darán lugar a los distintos elementos o parámetros climáticos, que serán variables según la época del año: la humedad, la temperatura, el nivel de pluviosidad, etc. Con esta reflexión, y a modo de resumen y comienzo de la investigación que este trabajo contiene, se puede concluir con una definición de clima más elaborada que las que en un principio se han proporcionado: el clima de un lugar será el definido por una serie de factores climáticos inalterables propios de la ubicación, y por los valores variables de sus parámetros climáticos. 5.1. ZONAS CLIMÁTICAS 5.1.1. DEFINICIÓN DE CLIMA [18] Real Academia Española: Diccionario de la lengua española, 23.ª ed., [versión 23.6 en línea]. https://dle.rae.es [19] Olgyay, V. (2004). Arquitectura y clima: manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas (1a ed., 3a tirada) [Book]. Gustavo Gili. Influyen FACTORES DEL CLIMA Fig. 19. Factores y elementos del clima. Elaboración propia. LATITUD ALTITUD COMPOSICIÓN CONTINENTALIDAD RELIEVE TEMPERATURA MAR ELEMENTOS DEL CLIMA HUMEDAD TEMPERATURA PLUVIOSIDAD VIENTO VARIABLES INALTERABLES 21 RADIACIÓN SOLAR FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.1. ZONAS CLIMÁTICAS 5.1.2. EL CLIMA Y LA ARQUITECTURA Los seres vivos deben de adaptar su anatomía a las condiciones cambiantes del clima. A lo largo de la evolución, para combatir a los diversos ambientes, los organismos vivos han desarrollado distintas estrategias. La adaptación del ser humano es menos flexible y más débil si la comparamos con las de los animales y las plantas. Estos últimos, como se verá más adelante, poseen defensas naturales propias para defenderse de climas verdadera y extremadamente desfavorables que afectan de forma profunda a sus características. ¿Cuál será entonces el método de adaptación de los seres humanos para hacer frente a los cambios ambientales y climáticos adversos? Ya las tribus indígenas más antiguas de América utilizaban la arquitectura para este fin dependiendo del clima de la zona en la que se encontraban [20]. Estas tribus adaptaban sus refugios a lo que necesitaban y lo que el clima requería: en zonas áridas, muy calurosas, debían de estar diseñados para reducir el calor y suministrar sombra; en zonas húmedas y cálidas, había que proporcionar ventilación para evaporar la humedad y en zonas muy gélidas debían evitar el escape del calor hacia el exterior. Sin embargo, en zonas templadas, al estar menos condicionadas climatológicamente existía más libertad de diseño. Se puede afirmar que la relación entre la arquitectura y el clima a lo largo de la historia ha sido siempre profunda. Además, gracias a esto, se ha evolucionado en cuestión de materiales, sistemas constructivos, técnicas de diseño, etc. y nos ha ayudado a innovar arquitectónicamente. Como forma de conclusión antes de pasar a la clasificación climática que es hacia donde sigue evolucionando esta investigación, cito el Tratado de Arquitectura de Vitrubio [2] en el que pone de manifiesto como el diseño Arquitectónico ha tenido 22 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 22 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver en cuenta ineludiblemente los condicionantes climáticos [21]: “El estilo de los edificios debe ser manifiestamente diferente en Egipto que en España, en Pontus o en Roma, y en países y regiones de características diferentes. Una parte de la Tierra se encuentra abrumada por el Sol en su recorrido; otra, se encuentra muy alejada de él; y por último, existe una afectada por su radiación pero a una distancia moderada.” [20] Neila González, F. J. (2004). Arquitectura bioclimática en un entorno sostenible [Book]. Munilla-Lería. [21]Vitruvio Polión, M. L., & Oliver Domingo, J. L. (1995). Los diez libros de arquitectura. Madrid: Alianza. 23 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.2. PARÁMETROS AMBIENTALES 5.2.2. TEMPERATURA Cuando decimos que un lugar está a una determinada temperatura, en realidad nos referimos a la temperatura a la que se encuentra el aire, la cual dependerá principalmente de la temperatura de las superficies, las cuales a través de la convección transfieren calor al aire tras percibir o despedir radiación [28]. Los factores geográficos del lugar serán determinantes en una mayor o menor temperatura. Se pueden resumir en seis características fundamentales [29]: - Latitud: la temperatura disminuye 1 grado centígrado cada 180 km conforme nos alejamos del ecuador hacia los polos. - Altura sobre el nivel del mar: la temperatura se rebaja 0,5 grados centígrados aproximadamente cada 100 metros de altura. - Corrientes marinas: se distribuye el calor del trópico al resto de la tierra a través de masas de agua que se trasladan por los océanos. Pueden ser frías o cálidas. - Altitud: mientras más altitud, menor temperatura, aproximadamente 1 grado centígrado cada 150 metros. - Relieve: la forma del terreno condiciona la temperatura ya que puede proteger de la radiación solar haciendo de barrera. - Vientos: la exposición a un determinado tipo de viento dará lugar a una temperatura más o menos fría. Como se ha descrito anteriormente, serán las superficies las que irradien calor al aire, por lo que la naturaleza del terreno será fundamental, ya que tanto para emitir como para recibir radiación dependerá del tipo de suelo. Un suelo urbanizado se ca- 30 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 30 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver lentará e irradiará mucho más calor que uno natural, por lo que la vegetación también será importante. Una estrategia de diseño importante frente al comportamiento térmico será la inercia térmica de la fachada, fundamental principalmente en climas con grandes variaciones térmicas entre el día y la noche. Según Guerrero Pérez [30] se define inercia térmica como la propiedad que mide la capacidad que tiene un cuerpo para retener la energía térmica recibida e ir liberándola progresivamente. • Temperatura en clima tropical (A): las temperaturas serán altas durante todo el año con una media de unos 18oC. No existen grandes variaciones de temperatura durante el día y la noche, por lo que la inercia térmica de la fachada no será un factor diferencial como estrategia de refrigeración pasiva como sí lo sería la ventilación cruzada en este caso. • Temperatura en clima seco (B): existirá una gran variación de temperatura entre el día y la noche y entre las distintas estaciones que prácticamente serán dos, cálida y fría. Durante el día las temperaturas serán muy altas y durante la noche muy frías. Las mejores fachadas para este tipo de clima serán las que tengan una elevada inercia térmica que mantenga una temperatura interior constante: el calor almacenado por el día se libera durante la noche, y el frío de la noche se dispersa durante el día. Por esta razón es muy habitual que los edificios se entierren debido a que la tierra es un material con una elevada masa térmica. • Temperatura en clima templado (C): las variaciones de temperatura serán menos acusadas. Las temperaturas medias serán moderadas. En invierno la temperatura suele estar por debajo del confort térmico, mientras que en verano estará dentro de la comodidad. Una buena inercia térmica de la fachada almacenará el calor durante el día para utilizarlo en la noche, estrategia efectiva en invierno pero que en verano no será una ventaja si las temperaturas son altas en la noche, por lo que hay que combinarla con otras estrategias de refrigeración. [28] Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. (2019). Arquitectura y energia natural. Universitat Politecnica de Catalunya. https://elibro.net/es/lc/bibliotecaus/titulos/127262 [29] Olgyay, V. (2004). Arquitectura y clima: manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas (1a ed., 3a tirada) [Book]. Gustavo Gili. [30] Guerrero Pérez, R. (2013). Edificación y eficiencia energética en los edificios : (UF0569) [Book]. IC Editorial. [31] Sánchez, M. (2016). La inercia térmica en las casas de madera. The cambium design. https://www.thecambiumdesign.com/the-cambium-design-blog/la-inercia-termica-en-las- casas-de-madera-parte-1/ • Temperatura en clima continental (D): inviernos muy fríos con heladas y nevadas con temperaturas de hasta -10oC y veranos calurosos con máximas de 32 grados. Existen grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche. Debido a las variaciones de temperatura diurnas y nocturnas, una fachada de elevada inercia térmica es una buena estrategia para combatir estas diferencias. • Temperatura en clima polar (E): dentro del clima polar existen distintos tipos como por ejemplo la tundra donde el frío es intenso y no existe el verano, y por otro lado el subpolar, donde los veranos son más cálidos con temperaturas en torno a los 12oC. En las zonas más extremas en el mes más cálido nunca se sobrepasarán los 10oC y las temperaturas más frías serán menores a -50oC. En este tipo de clima es importante mantener las escasas ganancias de calor que nos proporciona la radiación solar y conservar la temperatura interior generada, por lo que una gran inercia térmica es una buena estrategia de climatización. Muros gruesos o una fachada continua y aislada sin puentes térmicos con material aislante de madera, el cual posee un gran potencial de almacenamiento de calor, creará beneficios de los fenómenos derivados de la inercia térmica [31]. 31 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.2. PARÁMETROS AMBIENTALES 5.2.3. HUMEDAD La humedad del aire nos proporciona la cantidad de vapor de agua que contiene el aire referida al máximo que podría contener a su temperatura [32], por tanto, estará relacionada principalmente con las lluvias, que variarán según el clima y las estaciones, y con el nivel de evaporación del agua debido a las altas o bajas temperaturas. Otros factores de los que dependerá la humedad presente en un lugar son la topografía, la vegetación, el viento y las características físicas del terreno [33] ya que, dependiendo de una de sus propiedades, la permeabilidad al agua, condicionará la evaporación debida a la incidencia solar sobre él. Un suelo natural será más permeable que el suelo en los núcleos de ciudad, por lo que la humedad será mayor. Las cartas psicométricas son herramientas que relacionan la humedad del aire con la temperatura y que nos proporcionan las condiciones que deben de darse en el interior de un edificio para que la calidad del aire interior sea la adecuada para el confort del usuario. Según el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (2022) [34], los límites para la humedad relativa serán de entre el 40 y 50 % en invierno y de entre 45 y 60 % en verano. Una estrategia de diseño para hacer frente a los bajos o altos niveles de humedad relativa que afectarán a la calidad del aire interior será la ventilación pasiva. Una renovación del aire interior dejando entrar el aire del exterior y expulsando el aire viciado es importante para la salud y bienestar de los ocupantes. • Humedad relativa en clima tropical (A): El clima tropical se caracteriza por unas elevadas temperaturas durante todo el año y por precipitaciones persistentes, que hacen que la humedad del aire sea considerablemente alta. Debido a este nivel alto de humedad, la evaporación es complicada, y una buena ventilación puede ayudar 32 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 32 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver a ello. Por tanto, en este tipo de clima es beneficioso orientar los huecos en la fachada de forma que busquen los vientos dominantes y se produzca una buena ventilación cruzada. • Humedad relativa en clima seco (B): Son zonas con escasas precipitaciones que junto con las altas temperaturas causan bajos niveles de humedad y una atmósfera seca. Para lograr un porcentaje de humedad adecuado para el confort de los usuarios, además de otras estrategias, se puede generar ventilación por conducción natural. Aprovechando las diferencias de temperaturas diurnas y nocturnas el aire frío empujará al caliente y generará un ambiente interior habitable. • Humedad relativa en clima templado (C): En este tipo de clima las precipitaciones son moderadas, siendo más abundantes en invierno que en verano, los cuales suelen ser más secos. La evaporación es reducida y no existe una gran amplitud térmica. Una buena ventilación cruzada realizada en verano cuando las temperaturas no sean tan altas en la mañana ayudan a la renovación del aire interior manteniendo unos niveles de humedad de confort para los usuarios. • Humedad relativa en clima continental (D): Se caracteriza por tener veranos tormentosos y en general las precipitaciones se reparten a lo largo del año por lo que el ambiente normalmente es húmedo. Las variaciones diarias de temperatura son amplias. Es importante la ventilación para reducir los niveles de humedad y crear un ambiente óptimo en el interior del edificio. • Humedad relativa en clima polar (E): En el clima polar las heladas son persistentes debido a las bajas temperaturas y sumado a los fuertes y fríos vientos, lo que hace que el agua se mantenga congelada y los niveles de humedad bajos. Para evitar los fríos vientos que normalmente proceden del norte que hacen el ambiente más seco es aconsejable orientar la fachada y los huecos al sur. [32] Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. (2019). Arquitectura y energia natural. Universitat Politecnica de Catalunya. https://elibro.net/es/lc/bibliotecaus/titulos/127262 [33] Granados Menéndez, H. (2006). Principios y estrategias del diseño bioclimático en la arquitectura y el urbanismo: eficiencia energética (L. J. Arizmendi Barnés, Ed.) [Book]. Consejo Superior de los Colegios de Arquitectos de España. [34] BOE (2022). Real Decreto 10/27, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Boletín Oficial del Estado (boe.es) 33 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.2. PARÁMETROS AMBIENTALES 5.2.4. PLUVIOSIDAD Según la RAE [35] la pluviosidad es la cantidad de lluvia que recibe un sitio en un período determinado de tiempo. Las lluvias se generan al condensarse el vapor de aire cuando se enfría y se pueden clasificar según la intensidad y según el tipo. De esta forma se puede hablar de lluvia, granizo o nieve dependiendo del estado en el que caiga la precipitación. Para el diseño de una fachada, es indispensable conocer su Grado de Impermeabilidad, y para ello hay que tener en cuenta el nivel de pluviosidad de cada zona geográfica. El nivel de impermeabilidad de una fachada dependerá de la exposición al agua y el viento, por lo que, en función de los niveles pluviométricos de cada zona, las fachadas deberán contar con revestidos más o menos impermeables. También habrá que tener especial cuidado con las juntas entre las piezas expuestas de la fachada, debiendo ser más estancas en las zonas con altos niveles de pluviosidad. Por todo lo anteior, será una estrategia frente a los efectos de la pluviosidad de cada zona, el uso de materiales y revestidos de fachada cuyos niveles de impermeabilidad dependerán de la existencia de un mayor o menor nivel de lluvias. • Pluviosidad en clima tropical (A): las precipitaciones son abundantes a lo largo del año y aunque en un breve período de tiempo en invierno se presenta una estación seca, las lluvias medias al mes nunca son menores de los 100 mm. La presencia de las lluvias hace que el clima tropical sea favorable para el crecimiento de la vegetación. Será indispensable el uso en fachada de materiales impermeables, como los revocos de cal, el composite, materiales metálicos o pinturas impermeables. • Pluviosidad en clima seco (B): las precipitaciones en estas zonas son escasas o prácticamente inexistentes. Existen regiones desérticas en las que a veces en un año no cae la lluvia. La vegetación existente en estos lugares está adaptada a la sequía y a la tierra seca. 34 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 34 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver El uso del tapial de tierra compacta es común en este tipo de clima, es permeable pero proporciona otros beneficios en relación con la temperatura. • Pluviosidad en clima templado (C): se caracteriza porque las precipitaciones dependen de las estaciones del año: los veranos son secos mientras que en invierno las lluvias son abundantes. Las condiciones ambientales hacen que sea un clima propicio para el desarrollo de la vegetación. Los materiales de fachada deben de ser impermeables debido a las lluvias comunes del invierno. • Pluviosidad en clima continental (D): las precipitaciones en este clima también dependen de las estaciones, pero al contrario que en el clima templado, en estas zonas el invierno es seco mientras que a partir del final de la primavera y el verano es bastante tormentoso. Con este tipo de clima tan variable la diversidad en la vegetación es escasa, caracterizándose por los bosques donde especies como las coníferas y robles están adaptadas para sobrevivir a las distintas estaciones. Debido a las abundantes lluvias en verano será indispensable contar con materiales impermeables en fachada. • Pluviosidad en clima polar (E): las precipitaciones son escasas, prácticamente nulas y en la mayor parte de las zonas cae en forma de nieve. La vegetación es limitada, normalmente de tipo pequeño, ya que la mayor parte del tiempo el suelo está helado. Algunas especies de coníferas sobreviven en bosques adaptadas a este clima frío y helado. Materiales impermeables en fachada serán necesarios para evitar el paso del agua de la nieve y de las zonas con clima polar donde existan más precipitaciones. La pluviosidad es un parámetro fundamental a tener en cuenta en el diseño de las fachadas de los edificios, ya sea por sus niveles de impermeabilidad y por la generación de humedad en el ambiente, sin embargo, en este TFG no se ha tenido en cuenta ya que se centra en el comportamiento energético de la fachada. [35] Real Academia Española: Diccionario de la lengua española, 23.ª ed., [versión 23.6 en línea]. https://dle.rae.es 35 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.2. PARÁMETROS AMBIENTALES 5.2.5. VIENTO El viento es un parámetro ambiental cuya producción es debida a las masas de aire existentes a distintas temperaturas dependiendo de la intensidad de la radiación solar en cada zona. Como consecuencia de las características y modificaciones en el relieve de los distintos emplazamientos, es difícil de predecir pudiendo alterarse tanto su velocidad como su dirección. Se representa gráficamente a través de la rosa de los vientos, donde se mide con los valores de su intensidad, dirección y frecuencia. La clasificación de Beaufort [36] identifica la intensidad del viento en distintos niveles: calma, flojo, fresco, duro, temporal, borrasca y huracán. Desde el punto de vista arquitectónico, es un parámetro muy importante a la hora de estudiar la estabilidad de las edificaciones además de funcionar como método de climatización. También tiene una gran incidencia en el nivel de impermeabilidad exigido a las fachadas. El viento tiene la capacidad de alterar los valores de la temperatura, mejorar la ventilación, y aportar o reducir la humedad, generando una calidad del aire interior adecuada y beneficiosa para los ocupantes de un edificio. Una estrategia pasiva de diseño frente al viento es la forma del edificio, ya que ésta influirá en la superficie de contacto con el exterior. Por ejemplo, en edificios altos al chocar el viento contra ellos se produce corrientes descendientes que suponen un peligro para las personas que circulan por su base. Los edificios con forma curva reducen estas corrientes [37]. • Viento en clima tropical (A): como el clima tropical se encuentra en la zona del ecuador, entre los hemisferios norte y sur, es una zona donde existe un contraste de temperaturas debido a la diferencia simultanea de estaciones entre los dos hemisferios por lo que se generan vientos ascendentes muy intensos llegando incluso a ser huracanes. 36 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 36 • Viento en clima seco (B): en este tipo de clima el aire es seco. El aire proveniente del ecuador asciende a la atmósfera y se calienta perdiendo el vapor de agua. Posteriormente al bajar, sigue ganando temperatura, produciendo así un aire seco carente de vapor de agua que crea un clima árido. • Viento en clima templado (C): en las zonas donde se da este tipo de climas circulan vientos del Oeste y las masas de aire tropical y polar, provocando los cambios de tiempo por el movimiento de las borrascas y anticiclones durante todo el año, diferenciándose así las estaciones. • Viento en clima continental (D): la intensidad del viento en este tipo de clima está influenciada por la distancia al mar: mientras más cerca esté de él, el viento es más fuerte y frecuente. En invierno a estas zonas llegan los vientos gélidos del frente polar, lo que provoca los inviernos fríos característicos de este clima. • Viento en clima polar (E): el clima polar se caracteriza por fuertes y helados vientos que van desde las zonas más altas a las más bajas. Se producen tormentas de nieve debido a que la intensidad del viento levanta la nieve del suelo o porque esté nevando en ese momento. FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver [36] Serra Florensa, R., & Coch Roura, H. (2019). Arquitectura y energia natural. Universitat Politecnica de Catalunya. https://elibro.net/es/lc/bibliotecaus/titulos/127262 [37] Parkinson, J. (2015). Por qué hay más viento en la base de los rascacielos y cómo reducirlo. BBC News. https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/07/150713_rascacielos_base_ viento_intenso_wbm 37 MUY ALTA FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver En los esquemas de las figuras 23-27 se resumen los parámetros ambientales analizados anteriormente para cada zona climática y se señalan las estrategias a tener en cuenta en el diseño de la fachada cinética para cada uno de ellos y que posteriormente en el apartado 5.5. Estrategias de biomímesis de fachadas cinéticas según zona climática, debemos de implementar. En las fichas de análisis de las fachadas cinéticas representativas de cada clima, estas estrategias se señalizarán con los siguientes símbolos: RADIACIÓN SOLAR TEMPERATURA TEMPERATURA HUMEDAD VIENTO PLUVIOSIDAD GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER ALTA MUY ALTA INTENSO ALTA Fig. 23. Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Tropical (A). Elaboración propia. ALTA sobretodo en verano RADIACIÓN SOLAR TEMPERATURA TEMPERATURA HUMEDAD VIENTO PLUVIOSIDAD GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER MUY ALTA día BAJA noche BAJA SECO ESCASA Prácticamente inexistente Fig. 24. Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Seco (B). Elaboración propia. En el caso del Clima Tropical, la fachada deberá ser capaz de hacer frente a las altas temperaturas y a la intensa radiación solar, protegiéndose de ellas. Además también resguardarse de los vientos húmedos casi permanentes. En el Clima Seco, la fachada deberá protegerse de la radiación solar intensa y de las variaciones de temperatura existentes entre el día y la noche, siendo durante el día muy altas y muy frías durante la noche. Además, deberá enfrentarse a la baja humedad relativa debido a las escasas lluvias. GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER 5.2. PARÁMETROS AMBIENTALES 38 MODERADA BAJA verano ALTA invierno 5.2.6. RESUMEN FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 38 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver BAJA RADIACIÓN SOLAR TEMPERATURA TEMPERATURA HUMEDAD VIENTO PLUVIOSIDAD GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER BAJA BAJA FUERTES BAJA Fig. 27. Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Polar (E). Elaboración propia. MEDIA RADIACIÓN SOLAR TEMPERATURA TEMPERATURA HUMEDAD VIENTO PLUVIOSIDAD GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER MODERADA MEDIA NORMAL BAJA verano ALTA invierno Fig. 25. Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Templado (C). Elaboración propia. MEDIA-BAJA RADIACIÓN SOLAR TEMPERATURA TEMPERATURA HUMEDAD VIENTO PLUVIOSIDAD GANAR ALMACENAR ELIMINAR PROTEGER MUY FRÍA invierno MODERADAS verano ALTA NORMAL FUERTE (en costa) BAJA invierno ALTA verano Fig. 26. Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Continental (D). Elaboración propia. En el Clima Templado, las temperaturas en verano serán altas, por lo que la fachada tendrá que ser protegida de la radiación solar para evitar una ganancia excesiva de calor, mientras que en el invierno las temperaturas serán moderadas. En el Clima Continental, exixtirá una diferencia de temperatura notable entre estaciones, teniendo veranos muy cálidos e inviernos muy fríos, por lo que la fachada deberá adaptarse a estos cambios con la ganancia de calor en invierno y protegiéndose de ella en verano. En el Clima Polar, las temperaturas y la radiación solar serán muy bajas durante todo el año, por lo que habrá que conseguir ganancias de temperatura e instensidad solar. La humedad debido a las heladas también será baja. Además tendrá que ser protegida de los fuertes y fríos vientos. 39 AUTOR: Estudio Guto Requena. AÑO: 2015. USO: Hotel. DIMENSIONES: 1600 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/No Espacial FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 46 APPLE DUBAI MALL - Dubai (Emiratos Árabes) AUTOR: Foster & Partners. AÑO: 2017. USO: Comercial. DIMENSIONES: 2538 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Alas de un halcón. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Deslizar Fig. 33. Fuente: https://www.archdaily.cl/cl/874436/apple-dubai-mall-foster-plus-partners HOTEL WZ JARDINS - Sao Paulo (Brasil) Fig. 32. Fuente: https://www.flickr.com/photos/66539329@N04/7650857848 AUTOR: Aedas Architects. AÑO: 2012. USO: Oficinas. DIMENSIONES: 56000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Cactus. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Expandir TORRES AL BAHAR - Abu Dhabi (Emiratos Árabes) Fig. 34. Fuente: https://es.wikiarquitectura.com/edificio/torres-al-bahar/ 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS 5.4.2. CLIMA SECO (B) FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 46 47 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver BIBLIOTECA CENTRAL BURTON - Phoenix (EEUU) AUTOR: Bruder DWL Architects. AÑO: 1995. USO: Biblioteca. DIMENSIONES: 26013 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Deslizar Fig.35. Fuente: https://es.wikiarquitectura.com/edificio/biblioteca-central-bur- ton-barr/ ESTADIO HAZZA BIN ZAYED - Al Ain (Emiratos Árabes) AUTOR: Pattern Design. AÑO: 2014. USO: Deportivo. DIMENSIONES: 45000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Tronco de palmera. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar Fig. 36. Fuente: https://www.bdp.com/es/proyectos/f-l/estadio-hazza-bin-zayed/ RMIT DESIGN HUB - Singapur (Singapur) AUTOR: Sean Godsell Architects. AÑO: 2012. USO: Centro de invstigación. DIMENSIONES: 13000 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar Fig. 37. Fuente: https://archello.com/project/rmit-design-hub 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS 5.4.3. CLIMA TEMPLADO AUTOR: Heatherwick y Foster & Partners. AÑO: 2017. USO: Centro cultural. DIMENSIONES: 420000 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Deslizar FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 48 CAMPUS KOLDING - Kolding (Dinamarca) AUTOR: Henning Larsen Architects. AÑO: 2014. USO: Educativo. DIMENSIONES: 13700 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar Fig.39. Fuente: https://www.archdaily.cl/cl/761390/sdu-campus-kolding-hen- ning-larsen-architects CENTRO FINANCIERO BUND - Shangai (China) Fig.38. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/centro-financiero-bund-sha- nghai AUTOR: Herzog + Partners. AÑO: 2003. USO: Oficinas. DIMENSIONES: 70000 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar SOKA-BAU - Wiesbaden (Alemania) Fig.40. Fuente: https://www.bartenbach.com/en/projects/detail/?tx_bbprojects_ projects%5Bprojects%5D=448&tx_bbprojects_projects%5Baction%5D=show&- tx_bbprojects_projects%5Bcontroller%5D=Project&cHash=6963d24306604efd- f8cc5467b99f6e4b 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 48 49 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver COUNCIL HOUSE 2 - Melbourne (Australia) AUTOR: DesignInc. AÑO: 2006. USO: Oficinas del Ayuntamiento. DIMENSIONES: 12500 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Corteza de un árbol. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar Fig.41. Fuente: https://www.archdaily.com/395131/ch2-melbourne-city-coun- cil-house-2-designinc BRISBANE DOMESTIC TERMINAL - Brisbane (Australia) AUTOR: Hassell Architecture y Ned Kahn. AÑO: 2014. USO: Aeropuerto. DIMENSIONES: 5000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Ondulaciones superficie del río. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar Fig. 42. Fuente: https://www.designboom.com/art/brisbane-airport-kinetic-par- king-garage-facade-by-ned-kahn-uap/ KIEFER TECHNIC SHOWROOM - Bad Gleichenberg (Austria) AUTOR: Ernst Giselbrecht + Partner. AÑO: 2007. USO: Sala de exposición. DIMENSIONES: 545 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Expandir Fig. 43. Fuente: https://archello.com/es/project/kiefer-technic-showroom 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS AUTOR: Cloud 9, Enric Ruiz-Geli. AÑO: 2009. USO: Centro tecnológico y oficinas. DIMENSIONES: 23104 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Inflar FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 50 INSTITUTO DEL MUNDO ÁRABE - París (Francia) AUTOR: Jean Nouvel. AÑO: 1987. USO: Centro cívico. DIMENSIONES: 16912 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Expandir Fig.45. Fuente: https://es.wikiarquitectura.com/edificio/instituto-del-mun- do-arabe/ EDIFICIO MEDIA-TIC - Barcelona (España) Fig. 44. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/edificio-media-tic AUTOR: Koning Eizenberg, Ned Kahn. AÑO: 2003. USO: Museo. DIMENSIONES: 80000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Nube. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Rotar CHILDREN´S MUSEUM - Pittsburg (EEUU) Fig. 46. Fuente: https://iibec.org/acoustics-with-kinetic-facades/ 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS 5.4.4. CLIMA CONTINENTAL FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 50 51 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver CENTRO DE INVESTIGACIÓN CJ - Gyeonggi-do (Corea del Sur) AUTOR: Yazdani de Cannon Design. AÑO: 2014. USO: Centro de investigación. DIMENSIONES: 1200000 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Expandir Fig. 47. Fuente: http://www.zanellausa.com/website/2020/03/16/fachadas-res- ponsivas-para-la-proteccion-solar/ MUSEO DE ARTE - Milwaukee (EEUU) AUTOR: Santiago Calatrava. AÑO: 2001. USO: Museo. DIMENSIONES: 4000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Alas de un águila. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Plegar Fig.48. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/un-icono-volador-mu- seo-de-arte-milwaukee ONE OCEAN PAVILION - Yeosu (Corea del Sur) AUTOR: Soma Architects + DMP. AÑO: 2012. USO: Pabellón expositivo. DIMENSIONES: 5657 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Pez. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Doblar Fig.49. Fuente: https://soma-architecture.com/index.php?page=theme_pavilion&parent=2# 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS AUTOR: Pei Cobb Freed & Partners Architects LLP. AÑO: 2010. USO: Centro hospitalario. DIMENSIONES: 100000 m2. BIOMIMÉTICA: NO. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Deslizar FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 52 WATER CUBE - Beijing (China) AUTOR: PTW Architects. AÑO: 2007. USO: Deportivo. DIMENSIONES: 80000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Burbujas de agua. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Inflar Fig.51. Fuente: https://www3.arquitecturaviva.com/obras/centro-nacional-de-na- tacion-pekin-7 VIVIAN & SEYMOUR MILSTEIN HEART CENTER - Nueva York (EEUU) Fig. 50. Fuente: https://architizer.com/projects/milstein/ AUTOR: Henning Larsen Architects, Batteriid Architects. AÑO: 2011. USO: Sala de conciertos. DIMENSIONES: 28000 m2. BIOMIMÉTICA: SÍ. INSPIRACIÓN: Auroras boreales. TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque Estático HARPA CONCERT HALL - Reykjavik (Islandia) Fig. 52. Fuente: https://www.metalocus.es/es/noticias/harpa-concert-hall 5.4. CLASIFICACIÓN DE FACHADAS CINÉTICAS 5.4.5. CLIMA POLAR (E) FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 52 53 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.5. FICHAS DE FACHADAS CINÉTICAS REPRESENTATIVAS POR CLIMA Tras la clasificación de fachadas cinéticas por zona climática, se ha seleccionado un edificio representativo por cada zona y se ha realizado una ficha de análisis de tres páginas por cada uno. En la primera página se describen los aspectos generales del edificio, en la segunda se describe la fachada, y, en la tercera, se señalan las estrategias biomiméticas en las que se han inspirado, añadiendo en cada caso además de las que depende de las condiciones climáticas, las referentes a la estructura y la forma. En cada edificio se señala el tipo de fachada cinética que posee según las clasificaciones aportadas en el estado del arte. Con respecto a la fachada del Clima Polar (E) y debido a la dificultad de encontrar un edificio con una fachada con estas características en este tipo de clima, se ha decidido analizar un edificio situado en Reykjavik (Islandia). El tipo de clima en Islandia es mayoritariamente polar (E), con zonas en las que es Continental (D) (tipo subártico), y en otras Templado (C) (tipo subpolar oceánico). Reykjavik posee este último tipo de clima, y está justo en la frontera norte del Clima Polar, pero no es un clima tan extremo como éste gracias a las corrientes cálidas del Atlántico Norte. Aún así las temperaturas varían dentro del rango de los 13ºC en verano, y los -4ºC en invierno, con épocas donde han sido más extremas. Por su cercanía al clima propiamente Polar, por el rango de temperaturas en las que se situa y por la imposibilidad de encontrar una fachada cinética en el Clima Polar (E), se decide analizar el edificio elegido. A continuación se aportan las fichas de análisis. 20000 m2 AUTOR: WilkinsonEyre Architects AÑO: 2012 USO: invernaderos Singapur TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Activación mecánica: plegado CLIMA TROPICAL GARDENS BY THE BAY El Plan Maestro de Grant Associates, los arquitectos paisajistas encargados, era la fusión entre la naturaleza, la tecnología y la gestión ambiental. El proyecto se compone de tres jardines separados que ocupan un total de 101 hectáreas. En el jardín de más superficie, 54 hectáreas, se encuentran los dos invernaderos, los cuales son de los más grandes del mundo en cuanto a clima controlado. Cada invernadero comprende su propio bioma: “The Flower Dome” (120000 m2) se inspira en los paisajes mediterráneos, con terrazas con vistas al campo de flores central, una gran alfombra floreada; “The Cloud Forest” (80000 m2) incluye una montaña y una cascada de 30 m. de altura, bosques y jardines instalados en oscuros barrancos los cuales los visitantes pueden experimentar en varios niveles diferentes desde pasarelas. Se desarolló un invernadero prototipo para probar las tecnologías que garantizaban que los invernaderos pudieran soportar el ambicioso plan de plantación. El plan tiene una infraestructura ambiental inteligente, que logra que crezcan plantas en peligro de extinción o que no pueden desarrollarse con las condiciones climáticas de Singapur. Las condiciones climáticas deben mantenerse en los 25ºC durante el día y 17ºC durante la noche, y una humedad relativa del 60% en “The Flower Dome” y del 80% en “The Cloud Forest”. El nivel máximo de luz debe de ser de 4500 lux, ya que más iluminación no ayudaría a las plantas y agregaría calor al interior, lo que llevaría a una demanda mayor del sistema de refrigeración, el cual es alimentado por una caldera de biomasa alimentada a su vez con deshechos verdes de toda la ciudad. Un grupo de “superárboles” ubicados en el exterior del jardín funcionan como conductos gigantes para el escape del aire caliente excedente de la caldera. El complejo es un icono arquitectónico con una función de horticultura y un escaparate de tecnología de energía sostenible. A RF.01 RF.02 RF.03 RF.04 RF.05 RF.06 RF.07 RF.08 Los ingenieros desarrollaron una combinación de armazón de rejilla y estructura externa de costillas de acero arqueadas dispuestas radialmente, que minimizaba la profundidad de los elementos estructurales. Los arcos se introdujeron para hacer frente a las cargas laterales y para dar una identidad orgánica distintiva a los invernaderos. La rejilla soporta los grandes paneles de doble acristalamiento. La ausencia de pilares asegura que no se produzcan sombras sobre las plantas y que puedan recibir tanto como sea posible la luz solar. El conjunto de la estructura, con apariencia casi ingrávida, permite la entrada de altos niveles de luz natural, algo primordial para el desarrollo de las plantas. La mayor luz mide casi 100 metros. FACHADA La fachada necesita adaptarse a las condiciones climáticas de Singapur. El clima de Singapur es cálido, húmedo y lluvioso durante gran parte del año. Se necesitaba una envolvente que mantuviese la luz del día y que minimizara la ganacia de calor. Ambos invernaderos se componen de casi 6000 piezas de paneles de vidrio de doble acristalamiento que permiten una entrada del 66% de la luz externa y un 33% del calor. Para controlar la entrada de luz y minimizar el calor, el equipo de diseño investigó muchos sistemas como por ejemplo las persianas venecianas, pero finalmente se decidió por persianas exteriores que se integraban y automatizaban más fácilmente. Las persianas venecianas hubiesen sido difícil de adaptar y alinear a la forma de los invernaderos. El sistema de sombreado dinámico que se decidión brindaba además espectáculo al proyecto. En el interior de los invernaderos se instalaron unos sensores que controlan la temperatura, la humedad y los niveles de luz. Cuando los niveles de luz aumentan demasiado, los sensores activan un motor que despliega automáticamente, de acuerdo a la ruta del sol, las persianas triangulares que están enrrolladas y ocultas en la estructura. Las persianas se desenrrollan desde un arco, tiradas por un cable enrrollado en una varilla oculta en el arco opuesto. Las persianas se entrelazan visualmente en un patrón de piña. En cuanto a la materialidad de las persianas, son lonas estrechamente tejidas, con algo de transmisión de luz y que se retraen cuando se dan vientos fuertes. El material elegido fue el PTFE. PTFE: Politetrafluoroetileno. Material polímero que no reacciona con sustancias químicas excepto en situaciones especiales. Presenta gran anti adherencia e impermeabilidad aún en ambientes húmedos. Es un gran aislante eléctrico y muy flexible. No se altera por la acción de la luz y es capaz de soportar temperaturas desde -270 ºC hasta 270 ºC. Presenta un bajo peso (400 gramos por m2) [38]. [38] Colorado, A. (2020). Jardines de la Bahía El pulmón de acero de Singapur. Metalactual.com Secuencia del funcionamiento del sistema de sombreado dinámico Detalles del sistema de sombreado dinámico Funcionamiento del mecanismo de despliegue de lonas The Cloud Forest The Flower Dome RF.09 RF.10 RF.11 RF.12 RF.13 RF.14 R.15 RF.17 RF.16                           º Entre las funciones de la corteza de los árboles se encuentran las de proteger su capa de células de golpes y cortes, proteger al árbol de las temperaturas extremas y protegerlo del sol intenso. En CH2 la fachada oeste emula la función protectora de radiación solar de la corteza de los árboles. Con su piel exterior cinética de lamas de madera y a través de su apertura y cierre controla tanto la luz que penetra como las ganancias solares debido a ello. Gráfica de temperaturas medias anuales de Melbourne Elaboración propia Parámetros ambientales y biomímesis Corteza árbolradiación solar Nido termitas - temperatura Radiación solar Temperatura Humedad MEDIA MODERADA MEDIA Temperatura Las termitas construyen unos montículos para controlar la temperatura interior. El viento fresco se introduce en la base a través de canales y se mantiene. A medida que se calienta, sube y sale del montículo a través de la chimenea. Esta estrategia se replicó en el CH2 a través de la convección natural, la refirgeración con agua y las chimeneas de ventilación de la cubierta. Corteza de árbol Nido de termitas Radiación solar REFERENCIA DE IMÁGENES AL FINAL DEL DOCUMENTO - RF.48 RF.49 Temperatura Nido de termitas AUTOR: Soma Architects + DMP AÑO: 2012 USO: pabellón expositivo 2 plantas 5657 m2 TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque dinámico/Espacial/Activación mecánica: doblar CLIMA CONTINENTAL ONE OCEAN PAVILION El edificio es el proyecto ganador del concurso para la construcción de un pabellón para la EXPO 2012. El tema de la exposición era “el océano viviente y la costa”. La Expo tenía como objetivo con este pabellón el resaltar el uso responsable de los materiales naturales utilizados en el diseño y el aspecto sostenible y biomimético de la fachada, que trata de conectar la construcción y el contexto. El edificio, con forma de pez, se expande sobre el antiguo puerto industrial de Yeosu y a lo largo de un nuevo paseo marítimo. El programa se compone de tres partes: la primera un espacio expositivo de 20 metros de altura y 1000 m2 precedido por dos conos de 6 metros de alto; la segunda parte es una gran sala de investigación y debate; y la tercera es el jardín. En cuanto a los límites marcados, nada tiene que ver una fachada con la otra. Hacia el lado del mar describe una nueva línea serpenteante que conecta suavemente la tierra con el mar. En el otro lado, se levanta un paisaje ficticio compuesto por mesetas y caminos. Está diseñado para que el consumo de energía sea mínimo. En primer lugar, la ventilación es natural. En Yeosu el invierno es muy frío, el verano caluroso y el resto templado. Estas últimas estaciones son poco húmedas, y en ellas, el suelo radiante se enfría directamente con el agua del mar. En verano, esta refrigeración es proporcionada por enfriadores turboalimentadores de alto rendimiento a través de un intercambiador de calor. En invierno, los enfriadores invierten en una bomba de calor para la calefacción por suelos radiantes y ventilación mecánica, cuya fuente de energía es el agua del mar. Además, cuenta con paneles fotovoltaicos en la cubierta que proporcionan unos dos tercios de la energía consumida en el edificio. D Yeosu (Corea del Sur) RF.50 RF.51 RF.52 RF.53 RF.54 RF.55 RF.56 FACHADA La fachada cinética fue diseñada en conjunto con Knippers Helbig Ingenieros con el objetivo de crear una piel con enfoque biomimético que estuviese perfectamente integrada. Tiene una longitud de 140 metros y la altura varía entre 3 y 13 metros. Toda la superficie de fachada está compuesta por 108 láminas cinéticas las cuales están apoyadas y son accionadas desde el borde superior e inferior de cada hoja. Las laminillas controlan la exposición solar y las condiciones luz a la vez que su coreografía crea un patrón animado de fachada. El efecto será más espectacular conforme mayor sea la hoja y por tanto sea mayor el ángulo de apertura de las láminas iluminando un área más amplia. El método envolvente cinético está inspirado en el sistema de sombreado Flectofin, inspirado en el proceso de polinización de la flor de ave del paraíso. El material utilizado para las lamas es un polímero reforzado con fibra de vidrio, lo que hace que permita grandes deformaciones elásticas reversibles y que además le proporciona gran resistencia a tracción y rigidez a flexión. La apertura y cierre de lamas también proporcionan una ventilación cruzada del edificio lo que se traduce en una reducción del consumo de energía. En cuanto al método de apertura de las láminas, es interesante citar de forma directa al equipo de arquitectos e ingenieros: “Los activadores inducen fuerzas de compresión para crear la compleja deformación elástica. Ellos reducen la distancia entre los dos cojinetes y de esta manera inducen la flexión que resulta en la rotación de lado de la lámina. El accionador de las laminillas es un eje accionado por un servomotor. Un sistema controlado por ordenador permite la sincronización de los accionadores. Cada lámina puede ser dirijida individualmente en una lógica específica de movimientos para mostrar diferentes coreografías y modos de operación. Motores superiores e inferiores trabajan a menudo con los requisitos opuestos de potencia (conducción-frenado). Por lo tanto, la energía generada se puede alimentar nuevamente en el sistema local para ahorrar energía”. Movimiento de las láminas Proceso de prueba de las láminas Apertura de láminas Apertura de láminas Ventilación del edificio Esquema de ventilación RF.57 RF.58 RF.59 RF.60 RF.61 RF.62 RF.63 El edificio, siguiendo el tema principal de la EXPO “el océano viviente y la costa”, imita la forma de un pez. Gráfica de temperaturas medias anuales de Yeosu Elaboración propia Parámetros ambientales y biomímesis Pez - Ventilación y forma Radiación solar Temperatura Humedad MEDIA-BAJA MUY FRÍA invierno MODERADA verano ALTA Forma Ventilación Arquitectura que respira. El pabellón, además de adoptar su forma orgánica, imita también su función. Cuenta con un conjunto de lamas laterales móviles por donde además de controlar la intensidad de la luz que penetra del exterior, el edificio “respira”, es decir se produce una ventilación natural que reproduce la función de las branquias del pez. Pez Branquia del pez En esta ocasión la respuesta biomimética no está reflejada directamente en el edificio sino en el sistema de sombreado utilizado. El edificio utiliza un sistema de sombreado inspirado en el Flectofin, el cual está basado en el mecanismo de válvula que la flor de ave del paraíso (Strelitzia reginae) usa para su proceso de polinización. Radiación solar Flor Ave del Paraíso REFERENCIA DE IMÁGENES AL FINAL DEL DOCUMENTO                           º Flor de ave del paraíso - Radiación solar RF.64 RF.65 AUTOR: Henning Larsen Architects, Batteriid Architects AÑO: 2011 USO: oficinas del Ayuntamiento 7 plantas 28000 m2 TIPO FACHADA CINÉTICA: Enfoque estático CLIMA POLAR HARPA CONCERT HALL El edificio se encuentra en la frontera entre el mar y la tierra, erigiéndose como una impresionante escultura. Es parte de un plan de desarrollo a gran escala para el puerto de la ciudad. Consiste en una sala de conciertos y es la sede de la Orquesta Sinfónica de Islandia. El proyecto es de tal magnitud que hizo que el edificio fuese ganador del premio Mies van der Rohe en 2013. La principal fuente de inspiración para su diseño fue la naturaleza y el espectacular y dramático paisaje islandés con las auroras boreales y las rocas basálticas. El objetivo era crear un emblema para la ciudad que reflejara su vida, el puerto y el cielo. En cuanto a su programa, cuenta con el vestíbulo, la recepción en la entrada y parte delantera del edificio, la zona de administración, oficinas, ensayos y vestuarios en la parte de atrás, y cuatro salas en la parte central, quedando justo en el centro la gran sala principal, la cual lleva el nombre de un famoso cráter de un volcan en Islandia, el Eldborg. El vestíbulo se extiende por toda la orilla sur, por el que entra la luz a través de la fachada, la cual arroja color en los suelos y techos. Se realizaron estudios del movimiento del sol y la luz para la distribución espacial interior. Las fachadas de vidrio de este edificio son icónicas y fomentan una relación entre la vida en el interior del edificio y la ciudad. La idea principal para las fachadas era pensar en el edificio como estático pero que a su vez la piel que lo rodea respondiera dinámicamente a los colores cambiantes del entorno. La fachada contrasta con las cuatro salas-au- ditorio que forman cuatro volúmenes interiores de hormigón negro pigmentado y que simulan a un macizo montañoso. E Reykjavik (Islandia) RF.66 RF.67 RF.68 RF.69 RF.70 RF.71 Los "quasi-ladrillos" son poliedros de doce lados cuyas caras son hexagonales y romboidales, diseñados a través de modelos tridimensionales en ordenador y maquetas. Cada fachada se compone de una variación del quasi-ladrillo. Cada uno mide mas de 2 metros de altura. La fachada sur emplea los módulos tridimensionales elaborados individualmente, mientras que las fachadas norte, este y oeste son el resultado de la sección de los quasi-ladrillos, por lo que son planas. Cada módulo de quasi-ladrillo, poseen paneles de vidrio con un filtro con efecto colorido, por lo que dependen de como les incidan la luz se verán de distintos colores. Se utilizan 10 tipos diferentes de paneles de vidrio que incluyen paneles verdes, amarillos y naranjas que también reflejan en rojo, morado y azul. Además se juega con el grado de reflectividad, utilizando vidrios totalmente transparentes y otros reflectantes. De esta forma el edificio reaccionará al clima, al momento del día, a la estación del año y al cómo se muevan y dónde se encuentren los usuarios, percibiendo la fachada de distintos colores y tonos dependiendo del lugar donde se encuentren. Si por el día cada módulo recoge y refleja la luz dependiendo de su composición, aún cuando el sol se haya puesto, el edificio seguirá brillando gracias a las más de 700 luces LED en distintos colores los cuales se pueden ajustar en intensidades diferentes y crear juegos dinámicos. Incidencia de la luz sobre la fachada norte Vista cercana de los quasi-ladrillos Vista general desde abajo Vista desde el interior Sección de los quasi-ladrillos FACHADA La fachada de este edificio es del tipo cinético con enfoque estático, tal y como se estudió en las clasificaciones anteriores, en las que se describen como aquellas fachadas en las que el movimiento no ocupa espacio, sino que es percibido por el usuario, en esta ocasión a través del vidrio transparente, reflexivo y de colores y su reflejo del cielo, las nubes y del mar, las condiciones climáticas se convierten en obra de arte. Dependiendo del momento del día y del clima, los reflejos y las transparencias serán diferentes dejando notar la influencia de la luz natural y la radiación solar en la apreciación del edificio. Este aspecto es importante no solo para la estética, si no también para la intensidad de radiación en este tipo de clima, haciendo que se produzca una ganancia y un aprovechamiento de la luz natural. Como se ha señalado una de las ideas principales del edificio era que su fachada respondiera y se adaptara a todo lo que lo rodea: las luces de la ciudad, el cielo, el agua..., de forma que la expresión de la fachada cambie según el águlo desde el que se mire o con las variaciones del color del paisaje. Para esta idea de proyecto del edificio el arquitecto se inspiró en las auroras boreales. Las fachadas fueron diseñadas en colaboración de los arquitectos con el artista Olafur Eliasson y las empresas ingenieras Ramboll y ArtEngineering GmbH. Como ya se ha destacado el diseño de la fachada se inspira en la naturaleza, y, además de en el juego de colores de las auroras boreales también se inspiraron en la forma de las columnas de basalto cristalino presentes en la costa del país, y para ello modularon la fachada a través de estructuras de "quasi-ladrillo" con las que se consiguen la máxima exposición de luz. "Pienso en la fachada como una piel o una frontera que media entre el interior del el edificio y la ciudad, y refleja las negociaciones entre el interior y el exterior. Se activa el ojo de modo que las personas que entran y salen del edificio experimentar una fachada visualmente cambiando. Desde lejos, los ladrillos cuasi individuales se desvanecen en una superficie más homogénea, su escala borrosa. Al acercarse, los ladrillos asumen contornos, haciendo visible su distancia y velocidad." -Olafur Eliasson- RF.72 RF.73 RF.74 RF.75 RF.76 RF.77                                 º Gráfica de temperaturas medias anuales de Reykjavik Elaboración propia Parámetros ambientales y biomímesis Roca basáltica - Forma Radiación solar Temperatura Humedad BAJA BAJA BAJA Aurora boreal - Radiación solar Las columnas de rocas basálticas son una característica geológica inconfundible del impresionante paisaje Islandés. Los quasi-ladrillos diseñados para este edificio tienen su inspiración en estas rocas, imitando la forma regular y pura. Debían ser cuerpos apilables y que se pudieran repetir, que además al observarlos nos recordaran a esta formación de roca. Forma Radiación solar Las auroras boreales son un fenómeno astronómico natural que se sucede en los lugares donde la latitud es mayor. Son las llamadas "luces del norte" y son el resultado de la entrada de las partículas de radiación solar que entran en el campo magnético del planeta y como consecuencia de esto se produce un impresionante despligue de luces. Las variaciones de color del paisaje debido al paso de las estaciones, el transcurso del día y las condiciones climáticas, unido a los distintos grados de reflección y colores de los vidrios de las fachadas, hacen que la incidencia de la radiación solar en el edificio de Harpa genere un ambiente dinámico y colorido, destacando además la importancia en este tipo de clima, donde la radiación solar no es tan alta dependiendo de la estación y ganando en luz natural que consigue un ahorro energético en gastos de iluminación artificial. Roca basática Auroras boreales REFERENCIA DE IMÁGENES AL FINAL DEL DOCUMENTO RF.78 RF.79 Radiación solar FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 69 EDIFICIO BIOINSPIRACIÓN SISTEMA UTILIZADO VENTAJAS DEL SISTEMA CINÉTICO POR PARÁMETRO CLIMA TROPICAL (A) GARDENS BY THE BAY (Singapur) - Orquídea -Concha de erizo de mar Sistema de sombreado dinámico mediante lonas de PTFE RADIACIÓN SOLAR Protección de la intensa radiación TEMPERATURA Eliminación de ganancia de calor HUMEDAD No genera humedad en el interior CLIMA SECO (B) AL BAHAR TOWERS (Abu Dhabi, Emiratos Árabes) - Panal de abeja - Esponja marina - Cactus Sistema de sombreado dinámico mediante paneles de malla de fibra de vidrio recubierta de PTFE RADIACIÓN SOLAR Protección de la intensa radiación TEMPERATURA Eliminación de ganancia de calor y calor acumulado en el interior CLIMA TEMPLADO (C) COUNCIL HOUSE 2 (Melbourne, Australia) - Corteza de árbol - Nido de termitas Sistema de sombreado dinámico mediante lamas de madera RADIACIÓN SOLAR Ganancia de radiación solar en invierno y protección en verano TEMPERATURA Eliminación de calor del interior a través de la refrigración pasiva y protección de las altas temperaturas en verano CLIMA CONTINENTAL (D) ONE OCEAN PAVILION Yeosu (Corea del Sur) - Branquias de pez - Flor Ave del Paraíso Sistema de sombreado dinámico Flectofin mediante lamas de polímero reforzado con fibra de vidrio RADIACIÓN SOLAR Ganancia de radiación solar en invierno y protección en verano TEMPERATURA Protección altas temperaturas en verano y ganancia solar en invierno HUMEDAD Eliminación de humedad a través de la ventilación CLIMA POLAR (E) HARPA CONCERT HALL Reykjavik (Islandia) - Aurora boreal - Roca basáltica Sistema de "quasi ladrillos" de vidrio de distintos grados de reflectividad RADIACIÓN SOLAR Ganancia de luz natural en el interior TEMPERATURA Ganancia de calor solar En la tabla siguiente de la Figura 53 se resumen las características principales de las fachadas analizadas. Fig. 53. Tabla resumen de las características principales de las fachadas analizadas. Elaboración propia. 70 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 En este apartado y como estudio final, se analizan las estrategias de biomímesis seguidas en cada fachada cinética estudiada, así como otras estrategias encontradas a lo largo de la investigación en cada zona climática y que aún no se han mecionado, bien sea porque no se encuentran identificadas en ninguna fachada o porque no sean inspiración directa en ningún caso actual de arquitectura. Para este análisis y posterior propuesta de estrategias, se analiza en primer lugar y por cada clima el fin, el propósi- to y la estrategia biomimética, para posteriormente abstraer la información y proponer estrategias de diseño de fachada cinética en cada clima. Muchas de las estrategias propuestas también son de utilidad en el diseño de fachadas no cinéticas. 5.6.1. CLIMA TROPICAL (A) Análisis biomimético Reto: Sobrevivir a las altas temperaturas, evitar una humedad excesiva y hacer frente a los vientos intensos. Misión: Protegerse de la intensa radiación solar para evitar ganancias de calor extremas y refugiarse de las fuertes rachas de viento. Estrategia: • Temperatura: La iguana Brachylophus vitiensis de las Islas Fiji a primeras horas de la mañana con la temperatura más baja aparece de un color más oscuro, por lo que absorbe mayor cantidad de calor. A medida que el sol va subiendo, la iguana toma un color verde más claro [39]. • Radiación solar: Existen distintos tipos de flores que al contrario de lo habitual, ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.6. ESTRATEGIAS DE BIOMÍMESIS DE FACHADAS CINÉTICAS SEGÚN ZONA CLIMÁTICA Fig. 54. Iguana Islas Fiji color intenso Fuente: https://mundodeiguanas.com/ por-tipo/iguana-crestada-de-fiji/ Fig. 55. Iguana Islas Fiji color oscuro Fuente: https://mundodeiguanas.com/ por-tipo/iguana-crestada-de-fiji/ FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 71 mostrarse cuando los rayos de luz iluminan sus pétalos, florecen y abren sus pétalos en la noche para evitar las altas temperaturas. Estos son los casos de flores como el Nenúfar tropical de la noche, la onagra y la orquídea perfumada de la noche. • Humedad: Las piñas de pinos y abetos tienen habilidades de cambio de forma higroscópicas, provocadas por el comportamiento anisotrópico de las fibras de madera. Como reacción a las condiciones medioambientales de humedad y aridez, las piñas se abren y cierran liberando sus semillas. Este mecanismo no necesita ningún sistema mecánico, es consecuencia del alargamiento de las fibras de madera. Las piñas se abren en condiciones secas y se cierran cuando la humedad aumenta [40]. Abstracción biomimética Temperatura ELIMINAR • La estrategia principal para eliminar temperatura en la fachada será la de evitar la absorción de calor debida a la intensa radiación solar. Según los métodos estudiados, para adaptar la fachada al clima tropical se pueden adoptar la estrategia del uso de colores claros que no absorban el calor. Como el clima tropical se caracteriza por mantener durante todo el año altas temperaturas y existe poca variación térmica entre el día y la noche no es necesariamente importante que exista un cambio en la fachada en este sentido, por lo que el uso por ejemplo de materiales termocrómicos no es indispensable. Radiación solar PROTEGER • Para proteger la fachada de la intensa radiación solar que caracteriza al clima tropical, se pueden disponer de elementos dinámicos de apertura y cierre, que formen parte de una segunda piel exterior, tal y como se protegen las flores de floración nocturna durante el día. Cuando la radiación solar sea más directa, estos dispositivos dinámicos se cerrarán para evitar ganancias solares excesivas. Fig. 56. Nenúfar tropical abierto durante la noche Fuente: https://www.inecol.mx/ inecol/index.php/es/ct-menu- item-25/planta-del-mes/37-planta- del-mes/1082-nymphaea Fig. 57. Nenúfar tropical cerrado durante el día Fuente: https://www.istockphoto. com/es/foto/flor-de-nen%C3%BA- far-cerrado-gm982212506-266713818 Fig. 58. Piña cerrada y piña abierta Fuente: http://www.achimmenges.net/?p=5612 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.6.4. CLIMA CONTINENTAL (D) Análisis biomimético Reto: Paliar el efecto de las altas temperaturas en verano y las frías en invierno, y de un nivel de radiación solar media (verano)/baja (invierno). Misión: Evitar la deshidratación en verano y la congelación en invierno, captar y controlar la radiación solar. Estrategia: • Temperatura: Las aves regulan la temperatura de su cuerpo a través de las plumas más cercanas a su piel, las cuales atrapan burbujas de aire manteniendo el calor y evitando que el frío llegue a su cuerpo [49]. • Radiación solar: La flor de ave del paraíso (Strelitzia reginae) en su proceso de polinización, como consecuencia de la aplicación de una fuerza exterior, gira sin necesidad de bisagras, produciéndose una deformación que después se puede revertir. Este fenómeno inspiró para la invención de un sistema de sombreado dinámico, el Flectofin [50]. • Ventilación: Las branquias de los peces son los órganos externos que utilizan para poder respirar: inspiran agua por la boca dirigiéndola hasta las branquias en las cuales toman el oxígeno para posteriormente expulsar el dióxido de carbono. Abstracción biomimética Temperatura GANAR: La estrategia principal para ganar temperatura en la fachada será la de absorber. Según los métodos estudiados, para adaptar la fachada al clima continental se Fig. 68. Ave en verano Fuente: https://www.avesdebarrio.seo. org/2019/06/19/alerta-calor-un-gesto-por- tus-vecinos/ Fig. 69. Ave en invierno Fuente: https://i.pinimg.com/originals/14/0a/a6/140aa6cbbb1435005e- 1c710aaa78e16e.jpg Fig. 70. Flor Ave del Paraíso Fuente: http://www.5septiembre.cu/del-pa- raiso-una-flor/ Fig.71. Conjunto de flores Fuente: http://www.5septiembre.cu/del-pa- raiso-una-flor/ Fig. 72. Pez Fuente: https://okdiario.com/curiosidades/ respiran-peces-agua-965266 Fig. 73. Branquias Fuente: https://www.ecologiaverde. com/40-animales-que-respiran-por-bran- quias-1875.html 78 HUMEDAD FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 [49] Vida de aves. (12 de febrero de 2021). Regla de Allen: ¿Cómo sobreviven las aves en invierno?. https://vidadeaves.com/como-ayudar-las-aves/habitat/aves-en-invierno/aves-en-in- vierno/ [50] Pohl, G., & Nachtigall, W. (2015). Biomimetics for Architecture & Design. In Biomimetics for Architecture & Design. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3- 319-19120-1 EFTE Segunda piel dinámica, anexa a la principal, que proporcione sombras Sistema dinámico de sombreado “Flectofin” EFTE TEMPERATURA RADIACIÓN SOLAR HUMEDAD ABSORBER PROTEGER CAPTAR ABSORBER Apertura/Cierre pueden adoptar distintas estrategias: • El empleo de EFTE para la fachada nos proporciona el beneficio de captar calor, y por tanto ese calor absorbido puede ser utilizado para el sistema de calefacción en invierno, con lo que podemos ahorrar energía y, por tanto, provocar menos daño al medio ambiente. Este sistema lo podemos equiparar a los sacos aéreos de la termorregulación de las aves. PROTEGER • El verano en el clima continental es caluroso, por lo que es necesario proteger la fachada de las altas temperaturas. Una forma de lograr este fin, es creando sombras que la protejan. Tomando como inspiración las alas de un águila ya hemos visto que Calatrava en el Museo de Arte de Milwaukee conseguía crear sombra con un segundo recubrimiento de la fachada en forma de alas. Por tanto, una buena solución, es crear una piel de recubrimiento dinámica anexa a la capa principal de la envolvente capaz de, al replegarse, conseguir sombrear tanto la fachada, sin necesidad de quitarle demasiada luz, como el exterior del edificio. Radiación solar GANAR • El sistema de sombreado dinámico Flectofin inspirado en la flor de Ave del Paraíso, consiste en una serie de lamas que a través de un estímulo, el cual puede ser debido al cambio de temperatura de la lama o al desplazamiento del soporte, tiene la capacidad de desplazarse hasta 90º sin la necesidad de bisagras. De esta forma podemos conseguir la ganancia de luz solar a la vez que de temperatura en invierno con su movimiento de apertura y el consiguiente ahorro en calefacción mecánica, y en verano con su cierre en horas del día con mayor radiación, podemos protegernos de ella. • El empleo del EFTE además de la absorción de temperatura, también nos permite la entrada de luz del día con lo cual nos proporciona un menor uso y ahorro de energía de iluminación. Ejemplo que podemos constatar en la fachada del Water Cube en Beijing con inspiración en este caso en la transparencia de las burbujas de agua. FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 79 ELIMINAR FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 Humedad ELIMINAR Para mantener la calidad del aire interior a través de la ventilación y con lo visto anteriormente con el ejemplo biomimético de las branquias de los peces, la fachada puede ser diseñada con un mecanismo de apertura y cierre que nos permita la renovación del aire interior. Esto también nos ayudará para el ingreso de luz en el edificio, pero es necesario incluirlo en este apartado ya que la función con la biomimética es la de un mecanismo para respirar tanto de los peces como del edificio. ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 5.6.5. CLIMA POLAR (E) Análisis biomimético Reto: Sobrevivir a las bajas temperaturas, a la escasa radiación solar y humedad, y hacer frente a los fuertes vientos. Misión: Evitar la congelación, captar la limitada radiación solar y protegerse de las fuertes rachas de viento. Estrategia: • Temperatura: La llamada “Regla de Allen” [51] recoge que el tamaño del apéndice de algunos animales (orejas, cola, pico…) depende de la región donde habiten. Esto es, en climas fríos, algunos animales y aves tienen apéndices más pequeños y en lugares más calurosos éstos serán de mayor tamaño. Es debido a que mientras más pequeño, menor pérdida de temperatura sufrirá, y mientras más grande, mayor cantidad de calor disipará del cuerpo. Ejemplo: la diferencia del tamaño de las orejas entre el zorro del Ártico y otras especies de zorros como por ejemplo el zorro del fenec. 80 Fig. 74. Zorro del fenec Fuente: https://www.oxitocinamagazine. com/2020/04/lo-que-no-sabias-del-fen- nec-o-zorro-del.html Fig. 75. Zorro del Ártico Fuente: https://rove.me/es/to/ norway/arctic-fox FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 81 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 • Radiación solar: El pelaje del oso polar cumple propósitos de difusión de la luz hacia su piel pigmentada oscura que se encuentra debajo. Los colores oscuros absorben mayor cantidad de calor debido al principio de la refracción. El pelo es tá compuesto en realidad de filamentos huecos translucidos que dejan que penetre la luz que se va reflejando de pelo a pelo hasta la piel oscura, que absorbe parte de la energía en forma de calor. Realiza funciones de aislamiento y distribución de la luz a la vez [52]. • Protección de las heladas: Aunque el clima polar se caracterice por la poca existencia de vegetación debido a las heladas y que ésta sea en forma de hierba y musgos, sí existen lugares, como por ejemplo Islandia, en los que predomina este clima, pero crecen algunas especies sobretodo de coníferas. La forma cónica permite arrojar el exceso de nieve y a su vez maximizar la superficie de captación de la escasa radiación solar. Abstracción biomimética Temperatura GANAR: Las estrategias principales para ganar temperatura en la fachada serán las de captar y absorber. Según los métodos estudiados, para adaptar la fachada al clima polar se pueden adoptar distintas estrategias: • Colores oscuros ayudarán a la absorción del calor, por lo que se pueden utilizar materiales que no sean de un material claro. Existe en los últimos años un avance en la utilización en la arquitectura de materiales que cambian de color dependiendo de los cambios de temperatura. Los morteros termocrómicos son utilizados para mejorar el aprovechamiento de la energía solar por la envolvente. Por tanto, una estrategia que puede ser útil en este tipo de clima es el uso de materiales termocrómicos en los elementos que configuren la fachada. Fig. 76. Oso polar Fuente: https://www.ngenespanol.com/animales/oso-polar-la-iconica-especie-del-arti- co-que-enfrenta-al-cambio-climatico/ Fig. 77. Pelo oso polar a través del microscopio Fuente: https://www.microsiervos.com/archivo/ecologia/naturaleza-bajo-mi- croscopio.html Fig. 78. Coníferas https://espanol.libretexts.org/Geociencias/ Fig. 79. Paisaje polar https://concepto.de/taiga/ ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALMACENAR: Se pretenderá conservar la temperatura interior. Para ello y según lo investigado, existirán menores pérdidas de temperatura conforme más pequeña sea la superficie. Una forma de adaptar esta estrategia puede ser la utilización en caso de modulación de la fachada por medio de paneles de tamaño más reducido para que la superficie pierda menos energía. Radiación solar GANAR • Para absorber y captar mayor radiación solar se pueden utilizar materiales inspirados en la piel del oso polar, materiales compuestos por fibra de vidrio que transporten la energía absorbida a través de los filamentos que lo compongan y a su vez funcione como aislante. Existen estudios sobre la investigación en este campo para la invención de un material inspirado en esta estrategia. • Maximizar la superficie que esté en contacto con la radiación solar. Es decir, que la fachada no sea totalmente plana y que los paneles utilizados tengan una cierta inclinación en la que incidan de forma más directa los rayos del sol y que además ayudará a eliminar el exceso de nieve. • La estrategia utilizada en el edificio analizado, el Harpa de Islandia, utiliza los vidrios con distintos grados de reflectividad para crear movimiento y captar la luz natural como medida de ahorro energético . Humedad GANAR Como en este tipo de clima se buscará que la fachada sea lo más hermética posible para conservar el calor, también es condición indispensable mantener la calidad del aire interior mediante una cierta ventilación. Para ello se pueden crear mecanismos de apertura y cierre que en el caso de que las condiciones climáticas lo permitan se accionen para este fin. [51] Mata, M. (4 de diciembre de 2020). Regla de Allen: ¿en qué consiste?. Mis animales. https://misanimales.com/regla-de-allen/ [52] Pohl, G., & Nachtigall, W. (2015). Biomimetics for Architecture & Design. In Biomimetics for Architecture & Design. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3- 319-19120-1 82 Materiales termocrómicos Superficie reducida de los elementos de fachada Materiales de fibra de vidrio reflectante Inclinación de los elementos de fachada ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver TEMPERATURA RADIACIÓN SOLAR HUMEDAD ABSORBER CONSERVAR ABSORBER CAPTAR Apertura/Cierre parcial GANAR PARÁMETRO AMBIENTAL ESTRATEGIA ABSTRACCIÓN CLIMA TROPICAL (A) RADIACIÓN SOLAR - Flores que abren o cierran sus pétalos según la radiación solar incidente. Elementos de sombreado dinámico con apertura y cierre según la incidencia de la radiación solar. TEMPERATURA - Iguana que cambia de tonalidad más clara o más oscura para absorber más o menos temperatura. Uso en fachada de materiales claros para absorber menos temperatura. HUMEDAD - Las piñas se abren o se cierran según la humedad presente en el ambiente. Sistema dinámico HygroSkin CLIMA SECO (B) RADIACIÓN SOLAR - Espinas de cactus que crean sombra en su superficie. - Cera reflectante que recubre el cuerpo del escarabajo del Namib. - Fachada de doble piel cuya capa exterior proteja a la interior acristalada. - Uso en fachada de materiales reflectantes. TEMPERATURA - Los nidos de las termitas logran tener en su interior una temperatura adecuada. - Refrigeración pasiva a través de chimeneas que disipen el calor y elementos en fachada de apertura y cierre que dejen entrar el aire fresco de la noche. HUMEDAD - Los nidos de las termitas logran en su interior una humedad óptima. - Las espinas de los cactus reconducen el agua hacia las raíces. - El escarabajo del Namib recolecta agua en su piel debido a su morfología irregular. - Sistema de recolección de agua de lluvia y rocío y posterior almacenaje en la parte inferior del edificio. - Humedad óptima gracias al sistema de refrigeración pasiva. CLIMA TEMPLADO (C) RADIACIÓN SOLAR - La corteza del árbol protege a sus capas internas de la intensa radiación solar. - El olivo tiene la capacidad de adaptarse a la cantidad de radiación solar que necesita. - Diseño de piel exterior que proteja el interior del edificio. - Sistema de fachada por capas las cuales se activen o desactiven a través por ejemplo de materiales inteligentes o movimiento entre capas según las necesidades de captación solar. TEMPERATURA - Propiedad de piloerección de la piel del Numbat el cual regula el calor que absorbe su cuerpo. - Sistemas que regulen el calor que entra y sale a través de la fachada por medio de materiales, telas, etc. que sean capaces de captar y liberar calor. HUMEDAD - - FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 83 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver En la tabla final de la Figura 80, y a modo de resumen, se clasifican por climas todas las estrategias propuestas en este apartado. Fig. 80. Tabla resumen de las estrategias biomiméticas propuestas. Elaboración propia. 84 PARÁMETRO AMBIENTAL ESTRATEGIA ABSTRACCIÓN CLIMA CONTINENTAL (D) RADIACIÓN SOLAR - La Flor de Ave del Paraíso gira sus pétalos sin necesidad de bisagras. Sistema de sombreado dinámico Flectofin. TEMPERATURA - Las aves regulan la temperatura de su cuerpo atrapando burbujas de aire en sus plumas. - Alas de águila. - Empleo de EFTE. - Piel exterior de recubrimiento dinámica. HUMEDAD - Los peces abren y cierran sus branquias para respirar. - Mejora de la calidad de aire interior a través de la ventilación por medio de mecanismos de apertura y cierre. CLIMA POLAR (E) RADIACIÓN SOLAR - El pelaje del oso polar permite la absorción de radiación solar reflejándola hacia su oscura piel. - Uso de materiales de fibra de vidrio que transporten la energía inspirados en la piel del oso polar. - Inclinación de elementos de fachada. TEMPERATURA - Regla de Allen: el tamaño del apéndice de algunos animales depende de si necesita perder más o menos temperatura según el clima en el que se desarrollen. - Uso de colores oscuros o materiales termocrómicos. - Elementos de fachada de menor dimensiones para perder menos temperatura. HUMEDAD - - FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver Fig. 80. Tabla resumen de las estrategias biomiméticas propuestas. Elaboración propia. 6. CONCLUSIONES Tras el análisis de los sistemas de fachada cinética y de los beneficios que pueden proporcionar cuando nos fijamos en la naturaleza para imitar cómo se comporta ante los cambios medioambientales que se producen en el entorno que los rodean, se puede concluir que las fachadas cinéticas bioinspiradas son una buena solución que auna tanto los últimos avances tecnológicos como la sostenibilidad y la mejora en la eficiencia energética de los edificios, suponiendo un ahorro en el gasto de energía que perjudica al planeta y un paso adelante en la búsqueda de la descarbonización de los edificios. La evolución tecnológica de las últimas décadas ha supuesto que se avance en el empleo de la fachada cinética como medio de adaptación del edificio con su entorno, consiguiendo no solo fachadas estéticamente impresionantes, sino también una "piel" del edificio que interactúa constantemente con los cambios que se producen a su alrededor adaptándose a ellos, algo en común con el mundo natural, por lo que la búsqueda de estrategias en la naturaleza que se puedan aplicar a este tipo de fachadas resulta una tarea realmente atractiva e interesante. Este estudio supone un avance en el conocimiento de las estrategias de biomímesis aplicadas a las fachadas de edificios. Tras una profunda búsqueda se identificaron un total de 24 fachadas cinéticas repartidas en los cinco tipos de clima estudiados, siendo el Clima Templado (B) el clima en el que más edificios con fachadas cinéticas se encontraron, y el Clima Polar (E) en el que menos debido a las condiciones extremas de la mayoría de sus zonas. En cuanto a los parámetros ambientales analizados, los que más influyeron en el diseño de las fachadas analizadas fueron la temperatura y sobretodo la radiación solar, la cual es la causante de la ganancia de calor en las fachadas. La estrategia más usada fue la aplicación de fachadas de doble piel, en cuya capa exterior se utilizaron sistemas de sombreado dinámicos que funcionan a través FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 85 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 6. CONCLUSIONES de la apertura y cierre de sus elementos principales, ya sean paneles, lamas, lonas,etc. que proporcionan la reducción o ganancia, según la necesidad con respecto al clima, de radiación solar. Por otro lado, algunas de las estrategias encontradas, como la utilización en fachada de colores claros, y de materiales con mayor o menor reflectancia, también son de aplicación en fachadas estáticas. Además, se encontraron estrategias que afectan al diseño de la estructura, optimizando sus recursos. No solo se utiliza este tipo de fachada como medio de adaptación a los cambios medioambientales, sino que también existen fachadas que utilizan el movimiento, tanto desde el enfoque estático como el dinámico, desde el punto de vista estético, creando en muchas ocasiones auténticas obras de arte. Las conclusiones obtenidas en este TFG son beneficiosas para el uso de las fachadas cinéticas bioinspiradas, pues suponen desde el punto de vista de la sostenibilidad, un avance en la búsqueda de una mejor eficiencia energética en los edificios. Por tanto, resulta fundamental el uso de estas fachadas en el diseño de edificios sostenibles, ya que contribuyen a descarbonizarlos y a mejorar la eficiencia energética de estos frente al uso de las fachadas estáticas, dado que su adaptación al cima, como estrategia pasiva, conlleva un menor consumo de recursos energéticos. Si bien, un estudio más exhaustivo, debería tener en cuenta el gasto energético que conlleva los sistemas de monitorización de estas tecnologías. Además, desde el punto de vista económico pueden suponer un gasto considerable tanto en su ejecución como en su mantenimiento. Como futuras líneas de investigación, se propone continuar con la identificación de otras estrategias de biomímesis, y con el análisis de otros tipos de fachadas o de envolvente del edificio como las cubiertas. FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 86 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 87 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver 7. RELACIÓN DE IMÁGENES - Fig.1: Esquema del método y contenidos de este TFG. Elaboración propia. - Fig.2: Hoja de ruta para la descarbonización de la edificación en todo su ciclo de vida. GBCe (2022). - Fig.3: Línea temporal evolución sistemas cinéticos. Elaboración propia. -Fig.4: Fachada Campus Kolding. https://www.archdaily.cl/cl/761390/sdu-campus-kolding-henning-larsen-architects - Fig.5: Fachada Campus Kolding. https://www.archdaily.cl/cl/761390/sdu-campus-kolding-henning-larsen-architects - Fig.6: Fachada Council House. https://www.archdaily.com/395131/ch2-melbourne-city-council-house-2-designinc - Fig.7: Fachada Council House. https://www.archdaily.com/395131/ch2-melbourne-city-council-house-2-designinc - Fig.8: Fachada Media-TIC. https://arquitecturaviva.com/obras/edificio-media-tic - Fig.9: Fachada Media-TIC. https://arquitecturaviva.com/obras/edificio-media-tic - Fig.10: Sistema SolarLeaf. https://www.arup.com/projects/solar-leaf - Fig.11: Sistema SolarLeaf. https://www.morethangreen.es/solarleaf-fachada-de-algas-bio-reactivas/ - Fig.12: Fachada Q1, ThyssenKrupp Quarter Essen. https://www.archdaily.cl/cl/02-235832/q1-thyssenkrupp-quarter-essen-jswd-archite- kten-chaix-morel-et-associes - Fig.13: Fachada Q1, ThyssenKrupp Quarter Essen. https://www.archdaily.cl/cl/02-235832/q1-thyssenkrupp-quarter-essen-jswd-archite- kten-chaix-morel-et-associes - Fig.14: Nature Concert Hall. https://www.archdaily.cl/cl/625772/en-detalle-fachada-textil-graduable - Fig.15: Envolvente Nature Concert Hall. https://www.archdaily.cl/cl/625772/en-detalle-fachada-textil-graduable - Fig.16: Esquema resumen de las clasificaciones estudiadas. Elaboración propia. - Fig.17: Cúpula de Santa María del Fiore. https://www.enamoradosdeitalia.com/florencia-descubre-la-cupula-del-brunelles- chi/ - Fig.18: Manuscritos sobre vuelo de pájaros. https://patrimonioediciones.com/portfolio-item/el-codice-sobre-el-vuelo-de-los-pa- jaros/ - Fig.19: Factores y elementos del clima. Elaboración propia. - Fig.20: Esquema de distribución de climas por latitud. Elaboración propia. - Fig.21: Mapa distribución climática de Köppen. Elaboración propia. - Fig.22: Tabla de características de cada tipo de clima. Elaboración propia. - Fig.23: Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Tropical (A). Elaboración propia. - Fig.24: Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Seco (B). Elaboración propia. - Fig.25: Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Templado (C). Elaboración propia. - Fig.26: Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Continental (D). Elaboración propia. - Fig.27: Esquema de parámetros ambientales y necesidades Clima Polar (E). Elaboración propia. - Fig.28: Mapa situación fachadas cinéticas. Elaboración propia. - Fig.29: Torre Los Ruíces. https://www.imageretail.com/proyectos/torre-los-ruices/ - Fig.30: Pabellón de Venezuela. https://www.flickr.com/photos/66539329@N04/7650857848 - Fig.31: Gardens by the Bay. https://jardinessinfronteras.com/2017/12/01/gardens-by-the-bay-un-nuevo-icono- de-singapur/ 8. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 94 - Lippsett. L. (23 de agosto de 2021). Thinner Fur Keeps Numbats Warmer. AskNature. https://asknature.org/strategy/thinner-fur-keeps-numbats-warmer/ - Valenzuela, A. (01 de junio de 2014). ¿Por qué tienen espinas los cactus?. RTVE. http://www.rtve.es/noticias/20140601/por-que-tienen-espinas-los-cactus/945963. shtml - Lalueta, I. (2012) Harpa Concert Hall. Metalocus. https://www.metalocus.es/es/noticias/harpa-concert-hall - Mata, M. (4 de diciembre de 2020). Regla de Allen: ¿en qué consiste?. Mis animales. https://misanimales.com/regla-de-allen/ - Ministerio para la transición ecológica y el reto demográfico. (2015). El acuerdo de París. https://www.miteco.gob.es/es/cambio-climatico/temas/el-proceso-internacio- nal-de-lucha-contra-el-cambio-climatico/naciones-unidas/elmentos-acuerdo-paris. aspx - Ministerio para la transición ecológica y el reto demográfico. (2020). Estrategia de descarbonización a largo plazo. https://ec.europa.eu/clima/sites/lts/lts_es_es.pdf - Parkinson, J. (2015). Por qué hay más viento en la base de los rascacielos y cómo reducirlo. BBC News. https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/07/150713_rasca- cielos_base_viento_intenso_wbm - Real Academia Española: Diccionario de la lengua española, 23.ª ed., [versión 23.6 en línea]. https://dle.rae.es - Sánchez, M. (2016). La inercia térmica en las casas de madera. The cambium design. https://www.thecambiumdesign.com/the-cambium-design-blog/la-inercia-termica- en-las-casas-de-madera-parte-1/ - BOE. (2010). Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de mayo de 2010, relativa a la eficiencia energética de los edificios. Boletín Oficial del Estado (boe.es) - BOE (2022). Real Decreto 10/27, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Boletín Oficial del Estado (boe.es) - Bonells, J.E. (2017). Gardens by the Bay: un nuevo icono de Singapur. Jardines sin fronteras. https://jardinessinfronteras.com/2017/12/01/gardens-by-the-bay-un-nue- vo-icono-de-singapur/ - Colorado, A. (2020). Jardines de la Bahía El pulmón de acero de Singapur. Metalactual.com - CTE. Documento básico de ahorro de energía HE. https://www.codigotecnico.org/ pdf/Documentos/HE/DcmHE.pdf - GBCe. (2022). Hoja de ruta para la descarbonización de la edificación en todo su ciclo de vida. Building Life. https://gbce.es/wp-content/uploads/2022/02/BuildingLife_ Hoja-de-Ruta-para-la-Descarbonizacio%CC%81n-de-la-Edificacio%CC%81n.pdf - Gordon, K. (2012). En construcción: One Ocean/SOMA. ArchDaily. https://www. archdaily.cl/cl/02-141489/en-construccion-one-ocean-soma - Hurtado, L. (25 de febrero de 2019). Espinas, el bloqueador solar de los cactus. Jehuite. http://jehuite.blogspot.com/2019/02/espinas-el-bloqueador-solar-de-los.html - Köoppen, W., Volken, E., & Brönnimann, S. (2011). The thermal zones of the Earth according to the duration of hot, moderate and cold periods and to the impact of heat on the organic world. Meteorologische Zeitschrift, 20(3), 351–360. https://doi. org/10.1127/0941-2948/2011/105 FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 ALUMNA_Isabel Pescuezo Castillo TUTORA_ Mª Carmen Llatas Oliver FACHADAS CINÉTICAS BIOINSPIRADAS: HACIA LA SOSTENIBILIDAD Y DESCARBONATIZACIÓN DE EDIFICIOS _ TFG Universidad de Sevilla 2022/2023 8. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS - Santillán, N. S., & Garduño, R. (2008). Algunas consideraciones acerca de los sistemas de clasificación climática. - SOMA (2012). Theme Pavilion Expo Yeosu. Soma Architecture. https://soma-archi- tecture.com/index.php?page=theme_pavilion&parent=2 - TresPM. (03 de mayo de 2023). Escarabajos inspiran una nueva tecnología biomimética. https://www.trespm.mx/curiosidades/tecnologia/escarabajos-inspiran-una-nue- va-tecnologia-biomimetica - United Nations Environment Programme (2022). 2022 Global Status Report for Buildings and Construction: Towards a Zero emission, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector. https://wedocs.unep.org/20.500.11822/41133 - Vida de aves. (12 de febrero de 2021). Regla de Allen: ¿Cómo sobreviven las aves en invierno?. https://vidadeaves.com/como-ayudar-las-aves/habitat/aves-en-invierno/ aves-en-invierno/ - Webb, S. (2006). Council House 2 (CH2). DesignInc. https://www.designinc.com. au/project/council-house-2-ch2 95