“El diseño paramétrico es la abstracción de una idea o concepto, relacionado con los procesos geométricos y matemáticos, que nos permiten manipular con mayor precisión nuestro diseño para llegar a resultados óptimos” (Molinare, Alexandra). Lo más interesante acerca este método de diseño es que nos permite aplicar conceptos sobre la estructura, climáticos, económicos e incluso simulaciones de flujo. Es ahí donde entra en juego la eficiencia energética, la cuál busca reducir la cantidad de energía necesaria que un edificio utiliza a partir de métodos constructivos, materiales, análisis de condiciones climáticas y otros factores técnicos como los puentes térmicos o la conductividad. Cumplir con este objetivo significa reducir las emisiones de gas con efecto invernadero, de las cuales la industria de la construcción es responsable de un tercio de las emisiones de CO2 a nivel mundial. Además, significaría también un ahorro económico tanto como en el proceso de construcción como en el de uso de los edificios. Muchos países, sobre todo de la Unión Europea, trabajan año tras año para mejorar los índices de ahorro de energía en esta industria. Lastimosamente, en Colombia no se ha generado esa conciencia ni esa intención para mejorar las condiciones del medio ambiente. Por lo tanto, me cuestiono: ¿Es posible mejorar los índices de eficiencia energética de un edificio a partir del diseño paramétrico? Sin duda la respuesta es sí.
Por otra parte, W. Jabi (2013) define el diseño paramétrico desde otro puno de vista; “Un proceso basado en el pensamiento algorítmico que permite la expresion de parametros y reglas que, en conjunto, definien, codifican y aclaran la relación entre la intencion del diseño y la respuesta de diseño.” Está mas que claro que parte de un proceso matemático, pero podemos ver que muchos tienen un objetivo diferente o le dan una funcionalidad diferente a este método de diseño. ¿Será posible tomar el diseño paramétrico como herramienta con la cual logramos la optimización del consumo energético en un edificio por medio de su envolvente?
Los avances tecnológicos nos han permitido desarrollar herramientas de diseño paramétrico que, más allá de producir formas y volúmenes complejos, hoy en día nos permite pensar en la eficiencia energética de un edificio. Tenemos grandiosos ejemplos de diseños paramétricos, pero más allá de su extravagante forma ¿Se podrían considerar arquitectura bioambiental? Lastimosamente no todos lo son, pero si existen varios casos que cumplen con este objetivo. La Torre de Shanghái, construida en el 2015, fue diseñada a partir del software Grasshopper considerando los vientos como uno de los mas importantes factores en el diseño. Se logró modificar las resistencias a las fuerzas de los vientos y, además, se diseñó una doble piel la cuál permite aislar el edificio y recoger las aguas utilizadas para aire acondicionado. Así es como este edificio logra un ahorro energético.
Previamente se mencionó Grasshopper como uno de los softwares para diseño paramétrico, pero hoy en día existe una gran variedad de programas digitales para esto. 3ds Max y Revit de Autodesk son otros de los más conocidos. Para lograr el proceso de diseño paramétrico bioambiental es necesario utilizar uno de estos programas conjunto a un software que nos permita el análisis de otros factores como lo puede ser Ecotect Analysis, Openstudio y DesignBuilder entre otros. Esto nos permitirá experimentar en el proceso de diseño con conceptos como el viento, la radiación solar, la utilización de materiales, etc.
Quiero enfocarme en el siguiente referente ya que cumple perfectamente con el concepto que llamo diseño paramétrico bioambeintal. Las oficinas CoBLOgó diseñadas por los arquitectos SUBdv, es un edificio construido en el año 2014 en Brasil. El equipo de trabajo del proyecto dice: “La realización del proyecto involucró tres etapas: diseño paramétrico, simulación ambiental y fabricación digital guiada por la metodología High Low.” Se utilizaron elementos disociados para construir un sistema de fachada a partir de un proceso paramétrico con el cual se adquirió un control ambiental. Es decir, el cerramiento permite la filtración de rayos del sol en sus fachadas sur y oeste, pero a la vez, impide la penetración del aire caliente hacia el interior de la oficina. Además, se generó una ventilación natural cruzada por lo que la oficina tiene un temperatura cómoda y suficiente luz, ahorrándose así el uso de aire acondicionado.
Imagen tomada de Archdaily Colombia
El diseño paramétrico se utilizó para crear una variación de aperturas, rotaciones y distancias de los bloques de hormigón. Al mismo tiempo, los resultados fueron introducidos en un software de simulación ambiental para lograr la mejor iluminación natural indirecta y protección de los rayos del sol.
Imagen tomada de Archdaily Colombia
Tanto en la arquitectura paramétrica como en la eficiencia energética existe un concepto muy importante; la envolvente. Este elemento tuvo un cambio considerable desde la arquitectura contemporánea, donde dejo de ser un elemento estructural pesado y pasó a ser una piel que cumple con funciones más allá de diferenciar el interior con el exterior. Este elemento arquitectónico es quizás el más importante cuando hablamos de diseño paramétrico bioambiental. La razón es la siguiente: Primero, es el elemento de la edificación con más incidencia en el comportamiento energético de un edificio. Es allí donde se aplican los diferentes métodos constructivos, materiales y diseños que definen el consumo de energía que tendrá un edificio. Segundo, es el elemento que más se desarrolla a partir del proceso paramétrico además de la estructura.
La arquitectura paramétrica bioambiental nos lleva a mundo de posibilidades en la construcción y diseño de edificios que mas allá de cumplir con su uso particular, buscan reducir el impacto ambiental generado por este gremio. Hoy en día, se ha convertido en uno de los propósitos en decenas de disciplinas y en nuestro día a día.
Por lo tanto, no solo es importante indagar acerca de este tema, sino que vale la pena adentrarse, en específico, en la envolvente térmica de un edificio y en el concepto de la envolvente paramétrica para poder llevar un proceso de diseño que nos permita mejorar el comportamiento energético de un edificio. Partiendo de ahí quiero cuestionar la importancia de la piel de un edificio, de su funcionalidad, su diseño, su materialidad y su respuesta a las diferentes condicionantes que nos brinda un lugar.
Dentro de la envolvente paramétrica y energética vale la pena estudiar diferentes elementos que las componen o condicionan. Uno de estos son los materiales que a partir de sus propiedades físicas y mecánicas nos aportan diferentes ventajas con respecto a otros. Segundo, las condicionantes climáticas del lugar de implantación, que en este caso determinarán de la misma manera los materiales. Podríamos decir que también tienen un papel muy importante en el diseño de envolvente térmica ya que la comparación entre la temperatura exterior versus la temperatura interior define en un gran porcentaje el comportamiento energético de un edificio.
El desarrollo de herramientas de modelado paramétrico y su rápida implementación en la arquitectura, nos ha llevado a tal punto donde se diseñan edificios con un impacto visual muy potente, pero más allá de lo visual, carece de un aporte al lugar o la misma arquitectura. Por lo tanto, ¿puede el diseño paramétrico de la envolvente de un edificio aportar a él mismo, al lugar o a la arquitectura ambiental?
El proyecto MaoHaus, por AntiStatics Architecture, logra una fachada curva y porosa a partir del concreto. Se busca que los usuarios interactúen con la fachada de una manera específica. Lo que quiero rescatar de aquí es el uso del material aparentemente convencional pero que han logrado darle un giro para ocasionar no solo el impacto visual, sino cumplir con sus objetivos de generar relaciones a diferentes escalas y momentos con el usuario.
Los autores Eleftheria Touloupaki and Theodoros Theodosiou proponen una metodología para diseñar un edificio energéticamente eficiente que consiste en:
1. Configuración paramétrica de la geometría. (Teniendo en cuenta variables como orientación, materiales de la envolvente o vanos, y limitantes como la superficie, niveles o normativas)
2. Posibilidad de soluciones de diseño
3. Optimización
4. Posibilidades de soluciones de diseño optimizadas
5. Simulaciones
6. Si cumple el objetivo, Alternativas de diseño finales
Un arquitecto no puede interferir con las condiciones climáticas y con otros factores, pero si puede tomar decisiones que afectan el rendimiento energético de un edificio. Gracias a la metodología que plantean dichos autores puedo comenzar a hablar de temas específicos que ayudaran en el proceso de diseño.
Estrategias para rehabilitación energética en fachadas
Dichas estrategias las definen Feng Shi, Shaosen Wang, Jinjin Huang y Xiaoquiang Hong y las considero muy acertadas para el proceso metodológico que se mencionó anteriormente. Considero que son aspectos que todo arquitecto debe tener en cuenta cuando se diseña un proyecto y no solo cuando el objetivo es la optimización energética. Primero, el análisis climático donde entran en juego los elementos clave de la arquitectura bioclimática, como lo son la ventilación natural, el sombreado y la iluminación natural entre otras. Segundo, las zonas de amortiguación térmica que definen Dekay y Brown (2014). Esta consiste en un espacio que reduce la carga de calefacción y de refrigeración de otro espacio que esta ubicado entre dicha zona y el exterior. Por último, se habla del sombreado dinámico que consiste en elementos que generan sombra que pueden ser ajustados de acuerdo con la condición climática. Se utiliza con frecuencia en lugares que tienen cambios climáticos fuertes, donde se pueden utilizar para generar sombra cuando es verano, pero en invierno se ajustan para permitir mayor paso de luz. Todas estas estrategias son utilizadas y comprobadas en el proyecto “Nature Between” que participo en el Solar Decathlon China en el año 2018.
Materiales Low-Tech para optimización energética [8][6]
Todos los materiales tienen propiedades físicas y mecánicas diferentes por lo que es muy importante saber como se comportan frente a la eficiencia energética y así reducir las pérdidas de energía (temperatura) entre el exterior y el interior. Los elementos transparentes de la envolvente son muy importantes porque son las zonas donde mas perdidas existen. Por esto es necesario analizar los marcos, el vidrio y su transmitancia para mejorar el comportamiento de los edificios. Así mismo, las particiones interiores como exteriores denotan valores de transmitancia diferentes dependiendo de sus características. Como se establecen los autores del texto Rehabilitación Energética en Edificación, existen variados tipos de vidrios como lo son los monolíticos, de control solar y bajo emitivos entre otros.
Simulaciones comparativas entre temperaturas máximas y minimas [4] [7]
La metodología planteada nos dirige a una simulación, por medio de softwares específicos que ya se han nombrado, para lograr la optimización energética de los edificios. Mas allá de nombrar los diferentes programas que nos permiten realizar dichas simulaciones quisiera resaltar el uso de la tecnología como elemento fundamental en este proceso. Es asombroso como el hecho de poder computar datos de temperatura, tiempo, viento, velocidades, transmitancia térmica y muchos otros datos nos lleva a un pensamiento critico acerca del diseño de un edificio. A partir de esto puedo concluir que el lado artístico de la arquitectura se nivela con el lado técnico de esta, y así, logrando este equilibrio, podemos proponer un edificio con un excelente rendimiento energético a partir de la pieza mas importante en esta metodología; la envolvente.
Mejora bioambiental en la rehabilitación[6]
Propongo como lugar de estudio el desierto de la Tatacoa en Colombia. La razón por la que elijo este lugar es porque tiene una amplitud u oscilación térmica muy alta. Durante todo el año mantiene temperaturas mínimas alrededor de los 24°C y llega increíblemente a 40°C. Es decir, tiene cambios de temperatura de 16°C en un día o en unas horas por lo que representa un reto gigantesco crear una fachada que responda a dicha condición. Es necesario que el producto a diseñar permita llegar a la temperatura confort (18°c a 21°C) sin importa la oscilación térmica diaria. Así mismo contrastarán los métodos y elementos de diseños que se aplicarán para consolidar un proyecto que no solo nos permita conseguir la temperatura de confort, sino que nos permita optimizar el consumo de energía reduciendo la exigencia de aires condicionados, calentadores y otros sistemas eléctricos utilizados hoy en día. Además, permite trabajar con materiales low-tech, posiblemente de la región, ya que el entorno casi que natural lo permite.
Se implementará esta fachada en la rehabilitación energética del observatorio astronómico del desierto de la Tatacoa. Este edificio cuenta con el OATA (observatorio astronómico la Tatacoa) pero también con un edificio anexo donde se realizan eventos a los que asisten mas de 100 turistas al día. Por su uso tan especifico, sus condiciones de luz y ambiente deben ser diferentes en las horas de la mañana, así como en la noche, por lo que este edificio permite experimentar y llegar al diseño de un producto flexible que responda a la oscilación térmica del seco de la Tatacoa.
El lugar de estudio presenta diversas problemáticas que se pueden agrupar debido a su causa. La primera de estas es el turismo que ha venido creciendo los últimos años de manera espontánea y abrupta, por lo tanto, la industria hotelera también. En la imagen que se presenta a continuación podemos ver la cantidad de hoteles que existen en el desierto, con un total de 19 hoteles registrados en el CAM. (Cada punto azul representa u hotel)
Como consecuencia de este crecimiento de la industria hotelera podemos ver un alto índice de contaminación en el desierto y además en Villavieja, la urbanización más cercana. Esto ha producido efectos en la fertilidad de la tierra que los locales utilizan desde hace cientos de años para la agricultura. Varios de estos hoteles han incumplido las normas ambientales establecidas a tal punto que se han creado desviaciones de cuerpos de agua generando daños irreversibles a nivel del ecosistema e hidrológico. Por último, el crecimiento hotelero y del turismo han llevado a la reducción de la vegetación que rodea al desierto y podría decir que altera de igual manera el ecosistema. Todas estas problemáticas son de tipo ambiental generadas por la industria del turismo. A continuación, podemos ver los registros conseguidos a partir de un estudio realizado por Rojas-Marín, Carlos Andrés, Uriel Pérez-Gómez, y Fernando Fernández-Méndez (2019) sobre los procesos de desertificación y revegetalización natural en el seco de la Tatacoa.
Figura 1. Vegetación Natural
(Tomada de: Rojas-Marín, Carlos Andrés, Uriel Pérez-Gómez, y Fernando Fernández-Méndez. 2019. “Dinámica espaciotemporal de los procesos de desertificación y revegetalización natural en el enclave seco de La Tatacoa, Colombia.")
En la figura 1 podemos ver cómo se comporta la vegetación natural en la zona de estudio. Aunque se logra presenciar ganancia (verde) de vegetación natural, las pérdidas (rojo) son mayores en los tres periodos analizados. Los sectores que mayor perdida tuvieron fueron los que se encuentran alrededor del desierto.
Figura 2. Cobertura del suelo
(Tomada de: Rojas-Marín, Carlos Andrés, Uriel Pérez-Gómez, y Fernando Fernández-Méndez. 2019. “Dinámica espaciotemporal de los procesos de desertificación y revegetalización natural en el enclave seco de La Tatacoa, Colombia.")
En la figura 2 podemos ver como se comportan los suelos a lo largo de tres periodos estudiados. Los mosaicos de cultivos incrementan hacia el 2001 pero disminuyen hacia el 2010. De la misma manera se comportan los ríos, presentando mayor pérdida en la zona del Tatacoa.
Figura 3. Tierras degradadas
(Tomada de: Rojas-Marín, Carlos Andrés, Uriel Pérez-Gómez, y Fernando Fernández-Méndez. 2019. “Dinámica espaciotemporal de los procesos de desertificación y revegetalización natural en el enclave seco de La Tatacoa, Colombia.")
Por último, en la figura 3 vemos el comportamiento de las tierras desnudas a lo largo de los mismos periodos analizados anteriormente. Una vez mas, las perdidas predominan (en este caso, las perdidas de tierras no degradas se marcan en rojo y las tierras recuperadas en verde).
Al ver estas tres graficas progresivas del comportamiento del medio ambiente en el desierto de la Tatacoa, puedo concluir que se viene generando un degradamiento de las condiciones ambientales con mayor impacto a partir del año 2001 mostrando efectos en el año 2010. Esto coincide con el crecimiento turístico de este mismo lugar. Según el secretario de turismo Guillermo Hernandez , el boom tuvo impacto hacia el año 2012 aunque el turismo en la zona lleva más de 50 años.
Por otra parte, como en casi todos los lugares del mundo, el calentamiento global, que es el aumento a largo plazo de la temperatura media, ha generado su impacto en la Tatacoa. Podemos ver como los suelos se han venido desertificando desde hace mucho tiempo, convirtiéndolos así en suelos pocos fértiles. Como consecuencia, una vez más, la población local viene siendo afectada por esto y su producción agrícola ha disminuido consecuentemente.
Además de estos problemas ambientales se suma la declaración por parte de la CAM (Corporación autónoma del alto Magdalena) donde se establece como área protegida bajo la categoría de Parque Natural Nacional al Desierto de la Tatacoa. Esto trae como consecuencia la inhabilitación de ciertos usos del suelo y de actividades, generando así problemas socioambientales en la zona. Tanto los residentes como campesinos de Villavieja y la Tatacoa están siendo afectados por esta decisión que les restringe el derecho a la propiedad y a la subsistencia.
El testimonio de María Margarita Trujillo, una señora que ha vivido toda su vida en en Villavieja, nos da información acerca de otra problemática del lugar; la carencia de electricidad. Ella dice: “Hay que ser recursivos, aquí no se pueden poner mucha cosa, sobre todo que gaste energía, porque, como lo dije antes, no tenemos electricidad. Solo contamos con tres paneles solares y esos prácticamente le llevan luz a los cuartos que arrendamos”.
Por último, se presentan problemáticas generadas por la corrupción de la alcaldía local la cual debería destinar el capital adquirido a partir del parque nacional natural de la tatacoa con fin de mejorar la infraestructura y la calidad de vida de los residentes de la zona. Lastimosamente esto no sucede en los últimos años debido a que los alcaldes invierten ese dinero en otros asuntos que frecuentemente son personales.
Podemos ver como esta zona tiene problemas sociales, económicos y ambientales los cuales yo creo que se pueden tratar a partir de la arquitectura. En este caso me enfocaré en resolver los problemas de índole ambiental que resaltan en la zona a partir del diseño de la fachada como un producto diseñado a partir de pautas paramétricas con el fin de optimizar el consumo energético de la edificación y por ende la reducción de gases con efecto invernadero que propician los deterioros ambientales. Además, este producto deberá ser capaz de aplicarse a diferentes edificaciones, de tal manera que se pueda optimizar el uso de energía no solo en el observatorio astronómico del desierto de la Tatacoa, sino también en los diferentes hoteles y edificaciones residenciales de la zona. Al lograr esto, se estaría generando un beneficio general a todos los residentes y turistas ya que se vería una mejora de la calidad de vida, teniendo en consideración la baja disposición de energía eléctrica y como el comportamiento actual genera deterioro ambiental.
[1] Feng Shi, Shaosen Wang, Jinjin Huang & Xiaoqiang Hong (2020)
Design strategies and energy performance of a net-zero energy house based on natural
philosophy, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 19:1, 1-15, DOI:
10.1080/13467581.2019.1696206
[2] Samir Khledj & Hamida Bencheikh (2019): Impact of a Retrofitting Project
on Thermal Comfort and Energy Efficiency of a Historic School in Miliana, Algeria, International
Journal of Architectural Heritage, DOI: 10.1080/15583058.2019.1621960
[3] Eleftheria Touloupaki and Theodoros Theodosiou / Procedia Environmental Sciences 38 ( 2017 ) 509 – 514:Optimization of Building form to Minimize Energy Consumption
through Parametric Modelling
[4] Ahmed Toutou, Mohamed Fikry, Waleed Mohamed,
Alexandria Engineering Journal (2018) 57, 3595–3608:
The parametric based optimization framework daylighting and energy performance in residential
buildings in hot arid zone.
[5] Ionuţ Anton y Daniela Tănase.
Sustainable Solutions for Energy and Environment, EENVIRO - YRC 2015, 18-20 November
2015, Bucharest, Romania. Energy Procedia 85 (2016) 9 – 16:
Informed Geometries. Parametric Modelling and Energy Analysis in
Early Stages of Design
[6] M.ª José Ruá Aguilar, Marta Braulio Gonzalo, Ángel Barragán CerveraPublicacions de la Universitat Jaume I. Servei de Comunicació i Publicacions
Campus del Riu Sec. Edifici Rectorat i Serveis Centrals. 12071 Castelló de la Plana
[7] Wael Salah Mansour Abdel-Rahman 2020
Thermal performance optimization of parametric building envelope
based on bio-mimetic inspiration
Shoubra Faculty of Engineering, Benha University, Cairo, Egypt
[8] https://issuu.com/cartillasinvestigacion/docs/la_envolvente_en_la_arquitectura_pa
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