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Climatización natural para edificios inteligentes

Las ciudades del futuro se espera que sigan creciendo sin parar en extensión, aunque los urbanistas buscan nuevas estrategias para hacerlas más eficaces y por supuesto, inteligentes. Para Elie Bou-Zed, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Princeton, la mitad de la infraestructura urbana que se va a utilizar en 2050 aún no se ha construido, y por eso estamos en un momento clave para no repetir los errores del desarrollo que se cometieron en el pasado.

Investigadores como Bou-Zeid y otros en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Princeton están explorando nuevas formas de construir infraestructuras urbanas para servir a nuestra creciente población, el cambio de la civilización y el calentamiento del planeta: edificios que regulen su climatización a partir de energía generada por ellos mismos, puentes y otras infraestructuras que se adapten al calentamiento global y aumento del nivel del mar e innovaciones en las redes de abastecimiento de agua o energía.

Edificios inteligentes que regulan su temperatura

La unidad básica de estas Smart Cities son los edificios y el principal objetivo es que sean capaces de calentarse o refrigerarse con el mínimo consumo de energía y que esta sea limpia y renovable. Científicos como el profesor Forrest Meggers, proponen sistemas basados en agua que absorben fácilmente el calor y luego se desprende de él mediante evaporación. Su idea está formada por una una estructura que denomina Thermoheliodome, cuyo interior está recubierto con espejos en ángulos extraños para reflejar el calor hacia tubos refrigerados por agua. En otra zona, el interior se enfría por evaporación a través de una membrana externa que atrapa el agua líquida, al tiempo que permite que el vapor de agua se escape. Al demostrar la eficacia de estas ideas innovadoras, Meggers, con el aval de la Escuela de Arquitectura y el Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente, espera mostrar a otros arquitectos que es posible lograr sistemas de calentamiento y enfriamiento más eficaces.

Imagen:  ©Princeton University

Las estructuras de Meggers se aprovechan de dos maneras diferentes para transferir calor: Se puede transmitir por las moléculas de aire caliente o agua, o se puede irradiar como la luz directamente de superficie a superficie. Como los termómetros que miden la temperatura del aire no captar los efectos que el calentamiento y el enfriamiento radiante pueden tener sobre los ocupantes de un edificio, por lo que Meggers desarrolló una cámara con sensor de calor por radiación. Del tamaño de un termostato, la cámara captura una vista de 360 grados que los investigadores pueden utilizar para construir un modelo en 3-D de las superficies radiantes en cualquier habitación. Con esta técnica colocaron cámaras y sensores en Nueva York y las fotografías térmicas resultantes les permitieron ver cómo perdura el calor en callejones y zonas alrededor del aire acondicionado de las ventanas. Al ver el comportamiento del calor, arquitectos e ingenieros pueden mejorar sus diseños para una óptima eficiencia energética.

Refrigerar edificios como en la naturaleza

En busca del enfriamiento óptimo trabaja también en un proyecto en colaboración con Dorit Aviv, quien obtuvo su maestría en arquitectura en 2013 y ahora es un estudiante de doctorado en Princeton. El edificio se llama el fresco Oculus y está diseñado para mantener el frescor en el calor del desierto mediante una combinación de evaporación y el cambio de forma. Los investigadores construyeron el Oculus como prototipo en el campus de Princeton, y han conseguido una subvención de la Fundación Tides con sede en Nueva York para construir un modelo a escala real y medir sus capacidades.

Durante un día de calor, el vapor fluye hacia el centro de la chimenea de Oculus y se evapora para enfriar el aire en el interior, que se hunde como una brisa refrescante en el edificio. Mientras tanto, la estructura absorbe el exceso de calor, que se libera por la noche cuando la chimenea se ensancha para exponer la base al cielo frío de la noche. Combinados, estos efectos pueden convertir el calor del desierto de 38 grados a unos confortables 24 grados.

Sistemas inteligentes basados en la Naturaleza

Sigrid Adriaenssens, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental, ha diseñado estructuras cuya respuesta en tiempo real para calentar un espacio está integrado en el propio material y que está inspirado en la planta atrapamoscas. El parecido no es casual. Adriaenssens diseñó las estructuras con la inspiración de la planta carnívora acuática Aldrovanda vesiculosa.

Aldrovanda vesiculosa Author: Denis Barthel 2005 {{GFDL}}{{cc-by-sa}}

Esta forma permite que toda la estructura abrirse o cerrarse en respuesta a un pequeño movimiento del puntal central. El puntal, a su vez, está hecho de dos metales que se expanden de manera diferente cuando se calienta, de modo que la carcasa se expande significativamente con un pequeño aumento en la temperatura. Adriaenssens prevé que esta especie de conchas, que fueron desarrollados con fondos del Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente, podrían cubrir toda la fachada de un edificio.

En los días calurosos, las conchas se expandirían y bloquearían el calor cuando entre por las ventanas.

Estructuras como éstas, que hacen un uso inteligente de los materiales y su forma, será la clave del urbanismo económico y eficiente en las ciudades del futuro, de acuerdo con Adriaenssens.

Crédito: Universidad de Princeton

Para hacer estas estructuras, Adriaenssens y su equipo utilizan simulaciones por ordenador para calcular la forma óptima de la estructura. Como en las formas de la naturaleza, las estructuras de la profesora de ingeniería Sigrid Adriaenssens a menudo muestran curvas sorprendentes, desde paredes en espiral de jardínes y pasarelas de acero de arcos, a los pabellones en forma de concha que mantienen fuera de la luz directa del sol admitiendo luz dispersa y brisas.

Fuente: Princeton University School of Architecture

An artistic rendition of the Thermoheliodome, a pavillion that cools itself via evaporation using mirrored panels that reflect heat toward water-cooled pipes. It is one of several energy-saving concepts from Forrest Meggers, who is jointly appointed in Princeton’s School of Architecture and the Andlinger Center for Energy and the Environment. Credit: Matilda Luk, Office of Communications