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Viviendas solares autosuficientes: participación de la Universidad Politécnica de Madrid en el concurso "Solar Decathlon"

Abstract and Figures

The Universidad Politécnica de Madrid (UPM) has been selected to participate in an international design and construction contest of a self-sufficient solar house. The goal is to build something that would be both, comfortable and capable of dealing with modern equipments, and beyond that, finding harmony between technology and environment. This adventure is called Solar Decathlon. Represents a unique educational and investigative experience for this university in which alumni and professors of multiple disciplines collaborate in one project, making a sustainable house born in the merging of bioclimatic architecture, the use of solar energy and domotics. La Universidad Politécnica de Madrid ha sido seleccionada para participar en un concurso internacional de diseño, construcción y demostración de una vivienda solar autosuficiente que, sin renunciar a las comodidades de un hogar moderno, sepa conciliar la integración de nuevas tecnologías y el respeto a su entorno. La aventura, denominada Solar Decathlon, representa una experiencia multidisciplinar de carácter investigador y educativo única en nuestra universidad, en la que profesores y alumnos de distintas disciplinas colaboran estrechamente en lo que, creemos, constituye una apuesta de futuro en pos de la sostenibilidad nacida de la alianza entre la arquitectura bioclimática, las tecnologías de aprovechamiento solar y la domótica.
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Estefanía Caamaño Martín(1),Javier Neila González(2),Fco. Javier Jiménez Leube(3),Miguel Ángel Egido
Aguilera(1),María J. Uzquiano(2),José Miguel Gómez Osuna(2),César Bedoya Frutos(2),Luis Magdalena
Layos(3), Alfonso García Santos(2)
(1) Instituto de Energía Solar, ETSI Telecomunicación, UPM
(2) ETS Arquitectura-Departamento de Construcción y
Tecnología Arquitectónicas, UPM
(3) Centro de Domótica Integral, ETSI Telecomunicación, UPM
ESPAÑA
VIVIENDAS SOLARES AUTOSUFICIENTES: PARTICIPACIÓN
DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID EN EL
CONCURSO “SOLAR DECATHLON”
(SELF-SUFFICIENT SOLAR HOUSES: PARTICIPATION OF THE UNIVERSIDAD
POLITÉCNICA DE MADRID IN THE DESIGN ’’SOLAR DECATHLON’’)
RESUMEN
La Universidad Politécnica de Madrid ha sido seleccionada
para participar en un concurso internacional de diseño,
construcción y demostración de una vivienda solar
autosuficiente que, sin renunciar a las comodidades de un
hogar moderno, sepa conciliar la integración de nuevas
tecnologías y el respeto a su entorno. La aventura,
denominada Solar Decathlon, representa una experiencia
multidisciplinar de carácter investigador y educativo única
en nuestra universidad, en la que profesores y alumnos de
distintas disciplinas colaboran estrechamente en lo que,
creemos, constituye una apuesta de futuro en pos de la
sostenibilidad nacida de la alianza entre la arquitectura
bioclimática, las tecnologías de aprovechamiento solar y la
domótica.
Fecha de recepción: 3-XII-04
SUMMARY
The Universidad Politécnica de Madrid (UPM) has been
selected to participate in an international design and
construction contest of a self-sufficient solar house. The goal
is to build something that would be both, comfortable and
capable of dealing with modern equipments, and beyond that,
finding harmony between technology and environment. This
adventure is called Solar Decathlon. Represents a unique
educational and investigative experience for this university in
which alumni and professors of multiple disciplines
collaborate in one project, making a sustainable house born
in the merging of bioclimatic architecture, the use of solar
energy and domotics.
1. INTRODUCCIÓN
El presente artículo describe en primer lugar las caracte-
rísticas del concurso. A continuación se presentan las par-
ticularidades del prototipo de vivienda a nivel de diseño,
materiales y sistemas constituyentes. La exposición se
complementa con otras dimensiones relevantes del pro-
yecto como son la educativa y organizativa de un concur-
so de estas características, que supondrá el desplazamiento
de un equipo de más de 30 personas a Washington en el
otoño de 2005 para demostrar las posibilidades de nues-
tra propuesta. Por último, se presentan las líneas generales
de un proyecto de investigación que dará continuidad a la
colaboración hasta finales de 2007.
2. EL ”SOLAR DECATHLON”
El concurso internacional Solar Decathlon es una iniciati-
va impulsada por el Departamento de Energía de los Esta-
dos Unidos y dirigida a universidades, que persigue difun-
dir la posibilidad de conciliar las buenas prácticas arqui-
tectónicas con un uso racional de la energía, a través del
aprovechamiento de la energía solar en su sentido más
amplio -pasiva y activamente- y el uso de tecnologías efi-
cientes actualmente disponibles (1). En particular, consis-
te en el diseño, construcción y demostración de una vi-
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vienda unifamiliar de unos 70 m2,alimentada exclusiva-
mente por energía solar, que responda a las necesidades
de un hogar de nuestros días y muestre el uso práctico de
las energías renovables en la vida cotidiana. La denomi-
nación Decathlon (decatlón) emana de las características
dela competición, formada por diez pruebas en las que
los estudiantes de las universidades participantes (los de-
nominados “decatletas”) deben demostrar la viabilidad de
sus propuestas a profesionales de los ámbitos de la arqui-
tectura, ingeniería, medios de comunicación y al público
en general.
Tres son los principios básicos que sustentan el espíritu
de la competición, a saber:
1) Suministrar la energía necesaria para llevar a cabo ta-
reas cotidianas de alimentación, limpieza, ocio, trabajo,
transporte, etc., con un nivel de confort aceptable y ha-
ciendo uso exclusivo de la energía solar captada por la
vivienda durante los siete días de la fase de exhibición, en
Washington D.C.;
2) Demostrar a la sociedad, de una forma práctica, la exis-
tencia de principios de diseño arquitectónico que hacen
uso de tecnologías solares y, a través de ellas, sus benefi-
cios de tipo estético y energético;
3) Estimular la investigación y el desarrollo relacionados
con las energías renovables y la eficiencia energética, es-
pecialmente en el sector de la edificación.
La primera edición del concurso Solar Decathlon contó
con la participación de 14 universidades americanas que,
desde mayo de 2001 y a lo largo de 16 meses, llevaron a
cabo el diseño, construcción y transporte final de sus pro-
totipos hasta el National Mall de la ciudad de Washington
(explanada frente al Capitolio), lugar de celebración del
evento. Allí, y en tan sólo una semana, los equipos parti-
cipantes realizaron la construcción y puesta a punto de
las viviendas, para mostrarlas al jurado y visitantes (Figu-
ra 1) .
Figura 1.- Vista del National Maii de Washington durante la celebra-
ción del concurso ’’Solar Decathlon 2002’’.
2.1. El “Solar Decathlon 2005”
En febrero de 2003 se realizó una nueva convocatoria para
el concurso Solar Decathlon,ampliándose hasta 19 el
número de universidades participantes. Tras un proceso
de evaluación de propuestas, resultaron finalmente selec-
cionadas 18 americanas -de Estados Unidos, Canadá y
Puerto Rico- y, por primera vez, una europea, la Universi-
dad Politécnica de Madrid (UPM). La competición, ini-
ciada oficialmente en septiembre de 2003, finalizará a co-
mienzos de octubre de 2005.
La Tabla I resume el contenido de las diez pruebas a supe-
rar en la segunda edición del Solar Decathlon,siendo el
equipo ganador el que más puntos consiga en su conjunto.
Conviene resaltar que son los estudiantes los verdaderos
protagonistas del concurso, en especial durante su fase de
exhibición, ya que sólo ellos pueden mostrar la vivienda a
los jurados y público visitante, así como conducir el co-
che eléctrico, durante los 7-10 días que duran las pruebas.
Estas son básicamente de dos tipos:
a) Valoración de aspectos relacionados con el diseño, cons-
trucción y funcionamiento de la vivienda.
b) Realización de determinadas tareas que son valoradas,
bien cualitativamente por jurados de profesionales y el
público visitante, bien de forma cuantitativa mediante la
realización de medidas específicas relativas al comporta-
miento de la vivienda (temperatura, humedad, iluminación)
yala satisfacción de las necesidades energéticas diarias.
3. LA PROPUESTA DE LA UPM: UN PROYEC-
TO DE UNIVERSIDAD
La participación en un concurso de las características del
Solar Decathlon presenta para la Universidad Politécnica
de Madrid una serie de retos derivados, tanto de la propia
filosofía del concurso -las viviendas deben construirse en
los Estados Unidos y cumplir, consecuentemente, norma-
tivas diferentes de las europeas (2)- como de tipo logístico
-transporte de la vivienda y el equipo hasta Washington-
que representan, en la práctica, dificultades añadidas al ya
de por sí ambicioso objetivo de diseñar y construir una
vivienda solar autosuficiente.
El equipo que representará a la UPM constituye un claro
ejemplo de trabajo multidisciplinar con el que se desea
potenciar la sinergia resultante de unir el conocimiento y
la experiencia de distintas Escuelas, Institutos y Centros
de investigación con la ilusión y el trabajo de nuestros
estudiantes. En este sentido, se han definido grupos de tra-
bajo, especializados en las tres grandes áreas que definen
nuestra propuesta:
1) Grupo de Arquitectura, responsable del diseño y cons-
trucción de una vivienda bioclimática que represente lo
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mejor de la tradición constructiva mediterránea e integre,
de forma atractiva, tecnologías de aprovechamiento solar.
2) Grupo de Sistemas fotovoltaicos, responsable del su-
ministro de la electricidad demandada por la vivienda y el
coche eléctrico mediante una instalación solar fotovoltaica
eficiente.
3) Grupo de Domótica, responsable del equipamiento do-
méstico, el diseño de una página web explicativa de nues-
tra propuesta, así como el sistema de control para el uso
adecuado de la energía en la vivienda, aprovechando las
ventajas que ofrecen actualmente las tecnologías de la in-
formación y las comunicaciones.
Centros de la UPM participantes:
-Instituto de Energía Solar (IES, coordinador técnico y
del grupo de Sistemas fotovoltaicos).
-Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid
(ETSAM, coordinador del grupo de Arquitectura).
-Centro de Domótica Integral (CEDINT, coordinador del
grupo de Domótica).
-Escuelas Técnicas Superiores de Ingenieros de Teleco-
municación e Ingenieros Agrónomos.
El plan de trabajo diseñado, que se extiende hasta finales
de 2005, se divide en cinco fases mostradas y descritas a
continuación:
Fase 1- Análisis de mercado y estudio de normativas.
Fase 2- Diseño preliminar de la vivienda.
Fase 3- Construcción de la vivienda en las instalaciones
de la UPM.
Fase 4- Pruebas y ensayos.
Fase 5- Concurso ’’Solar Decathlon’’ y entrega de la vi-
vienda en su emplazamiento final.
El proyecto ha tenido lugar en la explanada situada frente
ala fachada principal de la E.T.S.I. de Agrónomos. Con
ello el equipo de la UPM desea sumarse a los actos que se
celebrarán el 150º aniversario de la creación de dicha Es-
cuela y los estudios de perito agrícola e ingeniero agróno-
mo. Allí nuestros alumnos, ayudados por profesores y ex-
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pertos de las empresas suministradoras, en primer lugar
han montado la vivienda y la han equipado con el objeti-
vo de prepararla para el concurso (Figura 2).
Seguidamente se describen las características de la vivienda
ysus sistemas constituyentes (energéticos solares y de
control), así como otros aspectos de gran importancia para
el éxito del proyecto en su conjunto, como son las dimen-
siones educativa y organizativa.
Figura 2.- ’’Magic Box’ en E.T.S.I. Agrónomos.
3.1. “Magic Box” (la Caja Mágica)
Solar Decathlon ha prestado especial importancia a as-
pectos tales como la calidad del aire, el confort térmico, la
humedad y la adecuada distribución de temperaturas en el
interior. De gran relevancia igualmente, es la minimización
de las necesidades energéticas mediante la aplicación de
principios de diseño bioclimáticos procedentes de la ar-
quitectura vernácula española, optimizados gracias a las
tecnologías actuales disponibles para el acondicionamiento
yla producción de electricidad y el agua caliente sanita-
ria.
3.1.1. El edificio
El objetivo fundamental consiste en desarrollar una pe-
queña vivienda autosuficiente desde la perspectiva eléc-
trica. Ya de por sí esto habría podido constituir una meta
amplia y ambiciosa; sin embargo, el equipo UPM ha en-
tendido la propuesta como un reto global en términos de
habitabilidad, contaminación, energía, recursos, materia-
les y sostenibilidad. Así pues, nuestro proyecto pretende
ser, no sólo eléctricamente autosuficiente, sino también
bioclimático en su más amplia definición, y pleno de aro-
mas europeos, mediterráneos y puramente españoles, ya
que entendemos que representamos una forma distinta de
ver el espacio arquitectónico, la construcción y la vida
dentro de la vivienda. “Magic Box”, representa el espacio
versátil y adaptable, que surge cuando se precisa, que se
nos muestra como una caja mágica que esconde en su in-
terior sus posibilidades, siempre dispuesta a sorprender-
nos, multiplicándose y desarrollándose.
El edificio diseñado es una vivienda para una pareja o,
excepcionalmente, para una persona sola. De dimensio-
nes medianas -su superficie es inferior a 70 m2-, la casa se
integra en un solar de unos 500 m2ysu volumen se confi-
na dentro de los límites de un sólido hipotético de forma
piramidal y altura inferior a 5,5 m, con el fin de evitar
posibles sombras de sus elementos constructivos sobre
edificios colindantes. La limitada superficie interior con-
trasta, en cambio, con la amplia variedad de usos exigida
por el programa, que incluye una oficina, representando
la imagen futura de una persona que ejerza su actividad
profesional sola en casa y mantenga escaso contacto con
el exterior.
Aunque no sea ésta la manera habitual de considerar la
arquitectura bioclimática, entendemos que la calidad de
vida constituye uno de sus objetivos más claros. Es decir,
tan importante es conseguir las características óptimas de
habitabilidad en el interior de un edificio, como minimi-
zar la influencia sobre el entorno de la contaminación por
él generada, o hacer un uso sostenible de los recursos para
su construcción y mantenimiento. Por esa razón, todos los
ámbitos de la vivienda (cocina, comedor, zona de estar,
dormitorio y despacho, véase Figura 3), se unen entre sí
para conformar un espacio único y amplio, digno de ser
vivido y cuyo uso resulte satisfactorio. No obstante, la casa
también puede ser fragmentada en habitaciones indepen-
dientes, de modo que cada recinto pueda aislarse y utili-
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zarse con fines específicos y un carácter más íntimo. Pero
esta fragmentación no es ficticia ni exclusivamente vi-
sual, sino que trasciende a la simple línea divisoria del
plano -limpia y elegante, aunque ineficaz-, para pasar a
ser una auténtica pared, capaz de aislar acústicamente e
impedir las molestias que pueda generar una persona que
esté trabajando con un ordenador, utilizando una impre-
sora o un fax, junto a una estancia donde haya otra dur-
miendo; o el ruido de alguien que escuche música o esté
recogiendo la cocina al lado de otro que esté leyendo.
Hemos introducido en la vivienda un sistema que propor-
ciona una gran limpieza espacial cuando está recogido y,
ala vez, crea auténticas habitaciones independientes cuan-
do está expandido, todo ello con un mínimo consumo ener-
gético (la mayor parte del movimiento se hace manual-
mente y sin dificultad alguna), lo que representa un inte-
rés añadido para nuestros objetivos.
Como se ha indicado en un principio, la vivienda se sus-
tenta en los tres pilares del bioclimatismo energético: la
captación de energía, su distribución a todas la habitacio-
nes del edificio y su acumulación, tanto para cubrir la de-
manda cuando no hay suministro, como para amortiguar
el golpe térmico que representa la captación de energía
natural. La solución a ambas situaciones suele venir acom-
pañada de una concentración extrema y, por tanto, de unas
condiciones de uso inadecuadas. Nuestra propuesta con-
cibe la integración de los tres pilares mencionados del
modo siguiente:
-Dadas las características climáticas de la ciudad de Was-
hington, la captación de energía solar en invierno ha de
responder a la premisa clásica de grandes superficies
acristaladas orientadas a mediodía. Para evitar que pene-
tre la radiación solar durante los meses más cálidos, estos
huecos quedan perfectamente protegidos por medio de
voladizos -el sol estival en esos momentos está muy alto-
ypartes ciegas en los extremos de la vivienda, que evita-
rán los posibles perjuicios de las horas anteriores y poste-
riores al mediodía solar.
Figura 3.- Planta de la vivienda (disposición plegada).
Pero, sin duda, el principal sistema captador y transfor-
mador -en forma de electricidad fotovoltaica y, en menor
medida, de energía solar térmica- de energía de la vivien-
da es la cubierta. La impresión que suele sacarse de un
edificio bioclimático y solar como éste es la de la cubier-
ta, elemento que además de ser el más visible en un pri-
mer momento, marca inevitablemente su imagen final. Por
ello, hemos decidido romper con la tipología tradicional
de cubierta fotovoltaica, procurando que la integración ar-
quitectónica aporte nuevas ideas y soluciones. Trascen-
diendo lo que sería un diseño eléctricamente óptimo, he-
mos buscado alternativas que puedan facilitar la aplica-
ción de los sistemas solares fotovoltaicos y térmicos en
futuros proyectos, contribuyendo así a vencer la reacción
contraria que existe entre muchos profesionales de la cons-
trucción, arquitectos y promotores. Nuestra cubierta (véa-
se Figura 4) se eleva sobre diferentes planos, en forma de
estructura diáfana que permite apreciar su base de apoyo
(cerchas) o cualquier elemento vegetal que haya debajo,
provocando un efecto de sinceridad constructiva, transpa-
rencia y diversidad, ya que su aspecto se irá transforman-
do según la luz incida sobre ella por encima o por debajo,
dando lugar a una imagen cambiante y rica en matices.
Figura 4.- Perspectiva general de ’’Magic Box’’.
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En la fachada este no es recomendable que aparezcan hue-
cos, ya que en invierno no se producirían captaciones y en
verano no son deseables, habida cuenta que la temperatu-
raexterior a partir de las 10 ó las 11 de la mañana es ya
elevada. No obstante, y así lo creemos nosotros, una pro-
tección apropiada puede permitir la entrada de luz al ama-
necer, en los momentos aún condicionados por el frescor
de la noche. Tampoco la fachada oeste debe tener huecos
bajo ningún concepto; ésta es la lectura clásica del pro-
blema y sería la solución tradicional, pero en nuestra bús-
queda de nuevas aportaciones a la arquitectura bioclimática
hemos decidido introducir pequeñas aberturas en esa par-
te de la casa cuyas estancias (la cocina y el comedor) pa-
recían necesitar relacionarse con el exterior, con las imá-
genes de su paisaje y con el control del acceso a la vivien-
da: se trata de breves huecos, emplazados a la altura de la
visión de quien cocina de pie o come sentado.
El jardín representa una pieza clave del carácter medite-
rráneo, de clima cálido moderado. La vegetación absor-
berá la radiación solar incidente y la convertirá en biomasa,
obien disipará mediante mecanismos de evado-transpira-
ción, sin sobrecalentar la cubierta ni, por tanto, el edifi-
cio. Así pues, pese a la pérdida de superficie captadora
para la producción eléctrica, empleamos un sistema que
ayuda a respirar a la vivienda, regula la temperatura en su
interior, produce oxígeno y absorbe gases contaminantes
(CO2), con evidentes beneficios para su entorno, su huella
ecológica
Otro elemento captador y transformador de la vivienda es
el sistema solar térmico, para el que se han escogido tubos
de vacío como colectores, no sólo porque nos permiten
jugar con mayor flexibilidad en lo relativo a la inclina-
ción, sino porque representan una apuesta de futuro que
facilitará el empleo del calor solar más allá de su aplica-
ción en la obtención de agua caliente y calefacción, esto
es, en la producción de frío solar mediante máquinas de
absorción. En nuestro proyecto, su uso fundamental es la
producción de agua caliente sanitaria, además de contri-
buir ocasionalmente a la calefacción.
-La distribución de la energía captada -segundo pilar de
la pirámide bioclimática- se realiza fundamentalmente por
medio de la cubierta inclinada (véase Figura 5). Su estruc-
tura formal permite que el aire caliente se desplace desde
la fachada captadora hasta el otro extremo de la vivienda
por convección natural, estabilizando la temperatura en
escasos minutos.
Hemos decidido jugar la baza más arriesgada del proyec-
to, una opción en la que creemos firmemente y sin la cual
nuestra iniciativa perdería su esencia: en un momento de-
terminado, una parte del edificio se desplaza, abandonan-
do su posición imbricada y compacta y dando origen a un
patio interior (véanse Figuras 6 y 7); mientras que el volu-
men plegado inicial, de bajo factor de forma, es más ade-
cuado para el invierno, la estructura extendida es mucho
más apropiada para la estación cálida. Asimismo, la respi-
ración del edificio a través del patio será más intensa, la
mayor superficie de piel permitirá una mejor disipación
del calor y la sensación de ambigüedad interior/exterior
se magnificará por medio de un ambiente difícilmente de-
finible. Cuando las condiciones del clima lo requieran, el
sector migratorio de la casa tornará a su posición original,
devolviendo la compacidad a la construcción.
-El tercer pilar es la acumulación energética.En la ar-
quitectura tradicional (la más auténtica y primitiva arqui-
tectura bioclimática), tanto ésta como la estabilidad tér-
Figura 5.- Alzado de la vivienda.
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Figura 7.- Planta de la vivienda (posición desplegada).
Figura 6.- Vista elevada de la vivienda finalizada.
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mica dependían de la masa. No parece factible incorporar
gruesos muros de piedra, tierra o cerámica a la arquitectu-
ra actual, y menos aún a un edificio transportable que debe
construirse en tan sólo cuatro días. La masa térmica que
radica en el calor sensible se sustituye en nuestra propues-
tapor la basada en el calor latente y, por tanto, en el inver-
tido en el cambio de estado de una sustancia. Se trata de
un procedimiento efectivo, más ligero y acorde con la fi-
losofía del proyecto: las sustancias se encontrarán confi-
nadas bajo el suelo de la casa, y una corriente de aire in-
ducida se encargará de cargarlas y descargarlas de ener-
gía.
Así, en condiciones de clima veraniego, además de los
elementos de protección solar descritos, el edificio se acon-
dicionará con el frescor que aporte el aire de la noche.
Durante esas horas, las sustancias cambiarán su estado de
líquido a sólido acumulando energía, al tiempo que la casa
se acondicionará directamente mediante la ventilación
natural, a través de los huecos abiertos a los vientos domi-
nantes y dirigidos por todo el edificio gracias a la cubierta
inclinada. Por la mañana, cuando la temperatura exterior
ya no sea confortable, se cerrarán los huecos exteriores y
se hará recircular el aire interior a través de las sustancias
que han acumulado el frescor de la noche; a lo largo del
día, éstas retornarán al estado líquido, absorbiendo calor
del interior de la vivienda y proporcionando la temperatu-
ra de bienestar (constante). En condiciones de invierno se
emplea el mismo sistema de acumulación: el calor capta-
do directamente por los huecos o retenido en los peque-
ños invernaderos de la fachada sur, junto con el proceden-
te de las cargas internas producidas por los ocupantes y
equipamiento de la vivienda se hará circular por las sus-
tancias de acumulación, que pasarán de estado sólido a
líquido almacenando calor a una temperatura estable, la
misma a la que será recuperado cuando sea necesario, en
forma de aire caliente.
Los invernaderos de invierno se abrirán en verano y se
convertirán en jardines y protecciones solares para los
huecos. Las rejillas que dejaban salir el aire también serán
clausuradas y darán lugar a otras que proporcionarán una
energía diferente. Los paramentos que permanecían abier-
tos se cerrarán parcialmente para mantener la ventilación
higiénica indispensable... todo en base a la flexibilidad y
la eficacia de uso de nuestra pequeña vivienda.
Frente a la característica madera de las obras norteameri-
canas, otra de las improntas claramente españolas será el
acabado de las fachadas en material cerámico (Figura 5).
Una de sus mayores ventajas consiste en la baja carga ener-
gética, que unida a su posible reutilización, lo convierte
en un material claramente sostenible, a pesar de no ser
reciclable.
Finalmente, los acabados interiores deben cumplir dos
funciones, a saber: ofrecer a los usuarios la calidez propia
de una vivienda y actuar como acumuladores energéticos
de la radiación que incida sobre ellos (Figura 8).
3.1.2. El sistema solar fotovoltaico
Como premisa básica de diseño, el sistema fotovoltaico
debe ser capaz de suministrar la energía eléctrica necesa-
ria que demandan las aplicaciones de consumo. En este
sentido, la Tabla II muestra una primera estimación. El
consumo diario estimado durante la fase de exhibición del
Solar Decathlon es de unos 12 kWh/día, valor que razona-
blemente podría reducirse en un 25% mediante un uso de
la energía más racional que el impuesto por las reglas del
concurso. Nuestra estrategia ha sido incrementar al máxi-
mo el número de módulos disponibles, permitiendo cierta
flexibilidad en su disposición, así como limitar la proba-
bilidad de fallo en el suministro de electricidad durante el
mes de la competición al 1%.
Para la integración arquitectónica de módulos fotovoltaicos
en la cubierta y fachada de la vivienda se ha “roto” con la
imagen típica (Figura 9) de una vivienda solar
eléctricamente autosuficiente en la que los captadores
(módulos fotovoltaicos) ocupan la totalidad de una cubierta
cuyo diseño, por lo general condicionado por la necesi-
dad de captación solar, presenta un único ángulo de incli-
nación. “Magic Box”, en cambio, dispone de cuatro su-
perficies en las que se integran los módulos fotovoltaicos,
lo que representa un reto añadido para el diseño del siste-
ma fotovoltaico. En efecto, la Figura 10 muestra la confi-
guración típica de un sistema fotovoltaico autónomo -esto
es, aislado de la red eléctrica, tal y como establecen las
bases del concurso- en el que se distinguen el generador
fotovoltaico (conjunto de módulos conectados
Figura 8.- Interior. Suelo cerámico.
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Informes de la Construcción, Vol. 56, nº 494, noviembre-diciembre 2004
TABLA II
Equipamiento de la vivienda, uso y consumos estimados.
Figura 9.- Paneles solares.
Figura 10.- Diagrama de bloques típico de un sistema fotovoltaico
autónomo.
eléctricamente entre sí y estructura de soporte asociada),
el bloque de acondicionamiento de potencia (formado por
un regulador de carga que alimenta las cargas en corriente
continua y es el responsable de proteger las baterías frente
adescargas o sobrecargas excesivas, así como un inversor
oconvertidor CC/CA para alimentar las cargas en co-
rriente alterna) y la acumulación de energía (baterías
electroquímicas), necesaria para adaptar la disponibilidad
energética a la demanda.
La existencia de agrupaciones de módulos fotovoltaicos
con cuatro ángulos de inclinación diferentes (12º, 25º y
39º para los módulos integrados en la cubierta, y 90º para
los de la fachada) plantea el problema de que, al recibir
diferente radiación solar, generarán diferente potencia en
cada momento, lo que desaconseja adoptar la configura-
ción mostrada de la figura anterior, en la que se presupo-
nen las mismas condiciones de operación para todos los
módulos del generador. En cambio, es preferible adoptar
una configuración modular que permita extraer en cada
momento la máxima potencia eléctrica disponible de cada
agrupación de módulos. Ello ha sido posible gracias al
diseño mostrado en la Figura 11, en el que las baterías,
Figura 11.- Diagrama de bloques típico del sistema fotovoltaico
diseñado.
Informes de la Construcción, Vol. 56, nº 494, noviembre-diciembre 2004
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conectadas a sendos inversores bidireccionales, permiten
crear una “red eléctrica local” a la que se conectan 6 gene-
radores fotovoltaicos independientes, conectados cada uno
de ellos a su correspondiente inversor. Conviene señalar
que esta configuración confiere al diseño la máxima ver-
satilidad, ya que su adaptación al caso habitual de que
exista suministro de red eléctrica puede realizarse de ma-
nera sencilla, sin más que eliminar los inversores
bidireccionales y el sistema de acumulación, convirtiendo
así la instalación fotovoltaica en una de l tipo “conec-
tada a red” en la que el criterio de autosuficiencia eléctri-
ca se plantearía en términos anuales. La Tabla III muestra
las características principales de los generadores
fotovoltaicos y equipos inversores. El acumulador, de
1.500 Amperios por hora de capacidad y 48 VCC de ten-
sión nominal, proporcionará una autonomía superior a los
4días, lo que conduce a una probabilidad de fallo del su-
ministro eléctrico inferior al 1%.
Al comienzo del día, los generadores fotovoltaicos y sus
correspondientes inversores producirán la potencia eléc-
trica que servirá, bien para alimentar directamente las car-
gas eléctricas, bien para cargar las baterías para un uso
posterior de la electricidad generada. El 80% de la super-
ficie fotovoltaica estará formada por módulos comercia-
les, el 20% restante incorporará módulos de diseño espe-
cífico (principalmente en la fachada sur).
3.1.3. Sistema de control, domótica y servicios del ho-
gar digital
De acuerdo con las pruebas establecidas para el certamen
Solar Decathlon, las variables a controlar no se limitan a
la temperatura y al grado de humedad relativa interior de
la vivienda sino que también es necesario controlar los
flujos y calidad del aire, así como las temperaturas del
sistema de agua caliente sanitaria. El sistema de control
de la vivienda se completará con todos los elementos de
seguridad necesarios: detectores de presencia, de hidró-
geno para las baterías, detectores de humo y
termovelocimétricos.
Podemos distinguir tres fases diferenciadas para el fun-
cionamiento del sistema de control:
a) Durante las fases de construcción y pruebas. Se está
diseñando un sistema de monitorización que permita ajus-
tar el funcionamiento de nuestra propuesta (localización
de fugas térmicas, flujos de aire, etc.); la monitorización
se va a realizar así de forma exhaustiva, incluyendo la uti-
lización de cámaras de infrarrojo para la obtención de
imágenes térmicas. Este sistema permitirá así caracterizar
el emplazamiento y calibrar los sistemas para poder obte-
ner una “imagen” de la situación de la vivienda (tempera-
tura, humedad, calidad del aire) en tiempo real, a partir de
la información proporcionada por el conjunto de sensores
autilizar durante el certamen.
b)Durante el concurso en Washington. El número de
sensores y actuadores se optimizará, con el objeto de rea-
lizar la debida supervisión del comportamiento de la vi-
vienda minimizando el consumo eléctrico, de acuerdo
siempre con las especificaciones del concurso. Los siste-
mas de monitorización y control deberán funcionar de for-
ma semi-autónoma permitiendo siempre que el operador
pueda tomar decisiones “críticas” sobre el funcionamien-
to general de la vivienda. Así por ejemplo, si la situación
de la vivienda -temperatura ambiente, temperatura de las
sustancias de acumulación térmica, carga térmica- indica
que no se va a poder alcanzar la temperatura de referencia
de confort, el “usuario” (“decatleta” en este caso) debe
ser capaz de suspender el gasto energético que supone
mantener el control sobre la temperatura.
c) Durante la fase de investigación posterior. Una vez fi-
nalizado el concurso Solar Decathlon (véase apartado 4)
se diseñará un plan de estudio del comportamiento de la
vivienda, incorporando un servidor-web que permita su
monitorización remota.
La instalación domótica de la vivienda debe permitir una
gestión óptima de la energía. La carga tecnológica a in-
corporar, los automatismos y diferentes elementos de ac-
tuación no deben convertirse en los sistemas principales
que condicionen el uso por parte de los supuestos habitan-
tes, sino que deben colaborar a su bienestar. Así, se pre-
tende que la utilización de la domótica constituya un me-
dio para la mejora de las condiciones de vida y
habitabilidad de la vivienda, teniendo siempre presente el
protagonismo de sus ocupantes.
En este sentido, el aprovechamiento de sistemas de bajo
coste energético de cara y alto valor añadido como son los
sistemas de tele-asistencia o incluso los de tele-medicina
(basados en la monitorización remota del habitante) con-
tribuyen al concepto de “vivienda que cuida a su usuario”;
otros elementos, como entrenadores de buenos hábitos
nutricionales contribuyen también al bienestar del usuario
final. El acceso remoto a los servicios del hogar y la posi-
bilidad de que el usuario reciba la información de las alar-
mas técnicas generadas remotamente forma parte de la
“vivienda que te llama”.
Durante la primera fase del proyecto se han estudiado di-
ferentes estándares para medida y el control remotos, con
el objeto de definir la tecnología base sobre la que se ba-
sará el sistema de monitorización y control a incorporar
en la vivienda. El estudio ha estado centrado sobre las
posibilidades que ofrecen tecnologías como: Lonworks
(Estándar Americano de bus industrial-domótico), EIB-
KNX (Estándar Europeo Domótico), PLC (Autómatas
programables), X10, u otros sistemas propietarios. Final-
mente, se ha optado por implementar el sistema domótico
sobre la capa física de la norma RS485, lo que si bien
obliga al diseño de los elementos sensores y actuadores a
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Informes de la Construcción, Vol. 56, nº 494, noviembre-diciembre 2004
medida, ofrece a cambio la ventaja de un gran alcance de
la red de comunicación (1.200 m entre nodos) y la versa-
tilidad de desarrollar un sistema de control/actuación adap-
tado a las necesidades del proyecto en cada una de las
fases (Figura 12). Además de la capa física es necesario
implementar los protocolos de comunicación, para lo que
se ha definido un protocolo de tramas ASCII con protec-
ción suficiente para garantizar la calidad de la transmisión
yuna serie de comandos que permiten el dialogo y el con-
trol de los diferentes elementos. El sistema de control, a
excepción de los sensores y actuadotes (Figura 13), resi-
dirá en un ordenador central, el cual dispondrá de una
interfaz gráfica que permitirá visualizar el estado cada uno
de los elementos que componen el sistema de control.
Figura 12.- Bus Domótico. Figura 13.- Nodo del Bus Domótico.
4. DE REGRESO A ESPAÑA: PROYECTO
“HELIODOMO”
Pero la experiencia Solar Decathlon no finalizará con el
concurso propiamente dicho. En diciembre de 2003 se
presentó al Programa de Construcción del Plan Nacional
de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tec-
nológica 2004-2007 la propuesta “Heliodomo: nuevo con-
cepto de vivienda autosuficiente”, que ha sido reciente-
mente aprobada (referencia BIA2004-05234).
Los trabajos, que se extenderán hasta finales de 2007, com-
binarán la realización de análisis teóricos relacionados con
las fases de diseño, elección de materiales y sistemas de
construcción, con la realización de campañas experimen-
tales sobre prototipos reales, el desarrollo de métodos
para garantizar la calidad de los sistemas energéticos y el
desarrollo de sistemas de gestión domóticos apropiados.
Las campañas de medidas se realizarán sobre dos vivien-
das instaladas durante un año en diferentes lugares de nues-
tra geografía. Se espera con este proyecto continuar la la-
bor de investigación, desarrollo y educación iniciada con
el concurso Solar Decathlon,al tiempo que contribuir a
acercar la sostenibilidad a las futuras viviendas de este
siglo recién estrenado y ya tan necesitado de ella.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren agradecer el apoyo recibido de insti-
tuciones y empresas para la participación de la Universi-
dad de Madrid en el concurso Solar Decathlon,en parti-
cular, la Universidad Politécnica de Madrid (a través de
su Rectorado y las Escuelas Técnicas Superiores de Ar-
quitectura, Ingenieros de Telecomunicación e Ingenieros
Agrónomos), el Ministerio de Educación y Ciencia, las
empresas Isofotón, Intemper, Altran Sdb y Enersys, y la
fundación Rafael Escolá.
Informes de la Construcción, Vol. 56, nº 494, noviembre-diciembre 2004
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NOTA:
Este artículo no habría sido posible sin el esfuerzo y la dedicación de todas las personas que forman parte del equipo Solar Decathlon
UPM;los autores los consideran, en todo rigor, coautores de este trabajo y quieren hacer constar su participación:
Grupo de Arquitectura: Cristina Polo, Alicia Oliver, Carlos Bermejo, José Luis Pérez-Griffo, Daniel Cardoso, Rafael Palomares,
Mónica Almagro, Luis Climent, Carlos García Trejo, Joaquín Hidalgo, Helder J. Martins, M. Carolina Hernández, Jon Laurenz,
Leticia Rojo, Isabel Montañés, Mercedes Peña, Iván Alcantarilla, Sofía Melero, Gonzalo Used
Grupo de Sistemas Fotovoltaicos: Marcos Calvo, Ricardo Orduz, José Enrique Vega, Daniel Masa, Jorge Díaz, Santiago Novo,
Michael Moleros
Grupo de Domótica: Álvaro Gutiérrez, Daniel Martín, Ángel Agudo, Borja Mascarell, Cecilia Torralbo, Jorge Mínguez, Laura Díaz,
Nuria Pérez, Paloma de Juan, Susana Fernández, Vaishali Mirchandani
También queremos agradecer a Gloria Morales, responsa-
ble de Comunicación de la E.T.S.I. Telecomunicación, por
su inestimable ayuda en la difusión de esta experiencia.
(2) Especificaciones técnicas y normativas aplicables: So-
lar Decathlon Rules & Regulations (normativa propia del
concurso, 12/3/2004), International Residential Code (IRC
2003), International Building Code (IBC 2003),
International Plumbing Code (IPC 2003), International
Mechanical Code (IMC 2003), International Fire Code
(IFC 2003), National Elecrical Code (2002).
REFERENCIAS
(1) Más información en la página web oficial del concur-
soSolar Decathlon:www.solardecathlon.org ***
Thesis
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El arquitecto Antonio Gaudí —autor de siete obras declaradas patrimonio de la humanidad por la UNESCO— ha sido reconocido como un gran artífice de la renovación formal de la arquitectura europea del siglo XIX, a nivel estético y técnico; pero sin embargo, no ha sido reconocido —ni apenas estudiado— su papel como precursor de la sostenibilidad en la arquitectura del siglo XX. Gaudí, con un siglo de antelación al comienzo de lo que hoy se entiende por sostenibilidad en la arquitectura, ya valora como fundamentales y pone en práctica en sus obras muchos de los principios que hoy se estudian en el ámbito de la sostenibilidad en la arquitectura. Tomando como modelo la sabiduría inagotable de la naturaleza ―a la que admira profundamente― optimiza bioclimáticamente sus edificios, busca soluciones ingeniosas de ventilación e iluminación natural, emplea abundantemente el ladrillo y los azulejos —un material muy económico, en aquel momento— emplea piedra del entorno próximo, aprovecha residuos de demolición, chatarra de desguace y azulejos de desecho, optimiza mecánicamente el diseño estructural de sus edificios ―mediante el arco parabólico o las superficies regladas— e incorpora diseños ergonómicos en el mobiliario (pasamanos de barandillas y tiradores de puertas o ventanas). Con el objeto de poder cuantificar, de forma objetiva, el grado de sostenibilidad de la Casa Batlló y de la Casa Milá —como edificios representativos de la arquitectura civil de Gaudí— se desarrolla una nueva metodología para la evaluación de la sostenibilidad en edificios históricos, basada en el método VERDE del GBCe (Green Building Council España) con la que posteriormente se evalúan dichos edificios. También se realiza un estudio detallado ―a través de ejemplos concretos, documentados con citas bibliográficas y fotografías— de los sistemas desarrollados por Gaudí, que tienen que ver con los objetivos fundamentales de la sostenibilidad en la arquitectura en sus tres ámbitos: económico, medioambiental y social. En este estudio ―aparte de la Casa Batlló y la Casa Milá― se analizan otras de sus obras más significativas, como: -El Capricho. -El Palacio Güell. -El Palacio Episcopal. -La Casa Botines. -La Casa Calvet. -La Cripta de la Colonia Güell. -La Torre Bellesguard. -El Parque Güell. -La Catedral de Mallorca. -El Templo de la Sagrada Familia. -Las Escuelas de la Sagrada Familia. ----------ABSTRACT---------- The architect Antonio Gaudí —the author of seven works designated as World Heritage Sites by UNESCO— has been recognized as a great proponent of the formal renewal of European Architecture in the nineteenth century on the aesthetic and technical levels; nevertheless, something that has not been recognized —nor even studied— is his role as a precursor to sustainability in the architecture of the twentieth century. Gaudí, a century before the beginning of what today is understood by sustainability in architecture, valued as fundamentals and put into practice in his works many of the principles that today are studied in the field of architectural sustainability. Taking as a model the endless wisdom of nature ―something that he admired deeply― he bio-climatically optimized his buildings, seeking ingenious solutions for ventilation and natural lighting, using bricks and tiles abundantly (materials which were very cheap at that moment). He used stone from the immediate surrounding and took advantage of demolition waste, scrap metal, and discarded tiles. He mechanically optimized the structural design of his buildings by using the parabolic arch and ruled surfaces. He incorporated ergonomic designs in furnishings (handrails and handles for doors and windows). In order to be able to quantify, in an objective way, the degree of sustainability of the Casa Batlló and the Casa Milà —as buildings that are representative of Gaudí's civil architecture— a new methodology has been developed for the assessment of sustainability in historic buildings that is based on the VERDE method by GBCe (Green Building Council España), a methodology with which said buildings have subsequently been assessed. Likewise, a detailed study has been undertaken ―through specific examples, documented with bibliographic citations and photographs— of the systems developed by Gaudi which have to do with the fundamental objectives of sustainability in architecture in terms of three spheres: the economic, environmental, and social spheres. In this study ―apart from Casa Batlló and Casa Milá― others of his most significant works are analyzed, such as: -El Capricho. -The Güell Palace. -The Episcopal Palace. -Casa Botines. -Casa Calvet. -The Colonia Güell Crypt. -The Bellesguard Tower. -Park Güell. -The Cathedral of Mallorca. -The Sagrada Familia Temple. -The Sagrada Familia Schools.
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The prototype “Patio 2.12” was Andalucía Team’s proposal for the 2012 Solar Decathlon Competition (SDE 2012), that was held in Madrid during September 2012, where it was awarded several prizes like the first one in Energy Efficiency. The team comprised a group of teachers and students from four Andalusian Universities. It worked for two years in the design and construction of a housing prototype that could be an example of several concepts at the same time: energy efficiency, architectural integration of solar systems, intermediate scale of prefabrication and a today´s interpretation of traditional Mediterranean way of living and building. Patio 2.12 was intended to be a compendium of energy, sustainability and passive conditioning devices.El prototipo Patio 2.12 fue la propuesta del equipo Andalucía Team para la competición Solar Decathlon Europe 2012 (SDE 2012), celebrada en Madrid en septiembre de 2012, en la que recibió hasta 9 premios, entre los que figura el de Eficiencia Energética. El equipo, integrado por profesores y alumnos de cuatro universidades andaluzas, trabajó durante dos años en el diseño y construcción de un prototipo de vivienda basada en la eficiencia energética, en la integración arquitectónica de los sistemas solares, en la prefabricación de escala intermedia y en una reinterpretación de la forma de vivir y construir de la tradición mediterránea. Patio 2.12 pretende ser un compendio de energía, sostenibilidad y mecanismos de acondicionamiento pasivo.
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Integrated automation may have a fundamental role in the architecture of the future. However, until today the home automation is not a factor taken into account from the architectural design and this impedes this discipline to be generalised in order to reshape the future of these new buildings. Therefore, there is a need for a thorough study of the influence on constructive and projective aspects that exist in domotics and home automation. To develop this research there have been isolated the constructive and projective conditions detected in home automation, conditions that should be taken into account from the design stage to promote the implementation of new technologies in buildings in order to ensure the viability of these new facilities. This article analyzes, therefore, the main constructive and projective considerations being detected in the study of the influence of home automation on how to design an architectural project.La domótica integrada puede terminar jugando un papel fundamental en la arquitectura del futuro. Sin embargo, hasta hoy la automatización doméstica no es un factor tenido en cuenta desde el proyecto arquitectónico y este hecho hace que esta disciplina no se generalice para replantear el futuro de estas nuevas construcciones. Por ello, se plantea la necesidad de un estudio profundo de la influencia sobre los aspectos constructivos y proyectuales que existen en la domotización y automatización de viviendas. Para desarrollar esta investigación se han aislado los posibles condicionantes de la automatización, condicionantes que deberían tenerse en cuenta desde la fase proyecto para fomentar la implantación de las nuevas tecnologías en los edificios y así garantizar la viabilidad de estas nuevas instalaciones. El presente artículo analiza, por tanto, las principales consideraciones de carácter constructivo y proyectual que se están detectando en el estudio de la influencia de la domótica sobre la forma de concebir un proyecto arquitectónico.
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The paper analyzes the main trends and particularities of building industrialization processes in place in developed countries, among which two stand out as icons of business success: Toyota in Japan and IKEA in Sweden. It discusses a number of diverse strategies with little in common in practice, but which concur in their theoretical approach, in particular with respect to three paradigms that are configured more as declarations of intent than practical realities: the questioning and revision of all that has been done to date (re-thinking); open, lightweight industrialization as opposed to closed and heavy construction (open and light; off-site); and the use of assembly-based solutions (prepackaging). The paper, a reflection based on recent literature, dissects certain trends in place in very different geographies and under very different circumstances with no other common interest than the universal aspiration to attain a somewhat diffuse ideal: sustainability. It concludes with a series of the authors’ reflections and conclusions drawn from a vantage geared to the here and now, on the grounds of a detailed analytical study of the state of the art in the years lapsing since the beginning of the present century. El trabajo analiza las principales tendencias y singularidades de los procesos de industrialización de la edificación vigentes en países desarrollados, entre los que emergen como logotipos de éxito empresarial: Toyota en Japón e IKEA en Suecia. Se muestran algunas estrategias diversificadas con pocos rasgos comunes en la práctica, aunque con coincidencias en aspectos teóricos, entre ellos, tres paradigmas que se perfilan más como declaraciones de intenciones que como realidades practicas: la puesta en práctica de procesos de cuestionamiento y revisión de lo realizado hasta el presente (… re-thinking …); apuesta por la industrialización abierta y ligera en contraposición a la cerrada y pesada (… open and light…off site… ) y empeño en utilizar soluciones a base de ‘trozos o partes complejos ’ (… pre-packaging …). El trabajo es una reflexión sobre bases bibliográficas actualizadas que han permitido diseccionar algunas tendencias vigentes en geografías y circunstancias muy diversas, entre las que no se evidencian vínculos comunes, salvo la unánime aspiración a una difusa idea de sostenibilidad. El trabajo finaliza con una serie de reflexiones y conclusiones de los autores, desde una óptica orientada hacia el aquí y ahora, fundadas en un minucioso estudio analítico del estado del arte del tema en el tiempo transcurrido del presente siglo.
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