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11.3: Sustentabilidad y Edificios

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    81354
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    Introducción

    Los edificios presentan un reto y una oportunidad para el desarrollo sustentable. De acuerdo con la más reciente Perspectiva Anual de Energía disponible de la Administración de Información Ambiental de Estados Unidos, los edificios representan alrededor del 39% de las emisiones de dióxido de carbono, el 40% del consumo de energía primaria y el 72% del consumo de electricidad en Estados Unidos. indica que 14% del consumo de agua potable ocurre en edificios.

    Globalmente, los edificios son los mayores contribuyentes a las emisiones de dióxido de carbono, por encima del transporte y luego la industria. La construcción de edificios requiere muchos materiales que se extraen, cultivan o producen y luego se transportan al sitio de construcción. Los edificios requieren infraestructura incluyendo carreteras, líneas de servicios públicos, sistemas de agua y alcantarillado. Las personas necesitan poder llegar y salir de los edificios para trabajar, vivir o aprovechar los servicios que se brindan dentro de ellos. Necesitan brindar un ambiente seguro y confortable para las personas que los habitan.

    Aspectos del entorno construido Consumo Efectos Ambientales Efectos definitivos
    Sitting Energía Residuos Daño a la salud humana
    Diseño Agua Contaminación del aire Degradación ambiental
    Construcción Materiales Emisiones de GEI Pérdida de recursos
    Operación Recursos naturales Contaminación del agua  
    Mantenimiento   Contaminación en interiores  
    Renovación   Islas de calor  
    Deconstrucción   Escurrimiento de aguas pluviales  
        Ruido  
    Tabla\(\PageIndex{1}\) Impactos del Ambiente Construido Fuente: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos www.epa.gov/greenbuilding/pubs/about.htm

    Es posible diseñar y construir edificios completamente funcionales que tengan muchos menos impactos ambientales negativos de lo que permiten las normas actuales. Más allá de beneficiar al medio ambiente, los edificios ecológicos brindan beneficios económicos que incluyen costos operativos reducidos, mercados expandidos para productos y servicios ecológicos, productividad mejorada de los ocupantes del edificio y rendimiento optimizado del ciclo de vida. Los edificios ecológicos también ofrecen beneficios sociales que van desde proteger la comodidad y la salud de los ocupantes, hasta mejores cualidades estéticas, menos tensión en la infraestructura local y mejora general en la calidad de vida.

    En 1994, un grupo de expertos fue reunido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) para desarrollar una vía y principios específicos para el desarrollo sustentable. De acuerdo con estos principios, la construcción debe ser:

    • Ecológicamente Responsive: El diseño del hábitat humano reconocerá que todos los recursos son limitados, y responderá a los patrones de la ecología natural. Los planos de tierras y los diseños de edificios incluirán solo aquellos con el menor impacto disruptivo en la ecología natural de la tierra. La densidad debe ser más intensa cerca de los centros vecinales donde las instalaciones son más accesibles.
    • Edificios Saludables y Sensibles: El diseño del hábitat humano debe crear un ambiente de vida que sea saludable para todos sus ocupantes. Los edificios deben ser de escala humana apropiada en un ambiente no estéril y estéticamente agradable. El diseño de edificios debe responder a la toxicidad de los materiales, el cuidado con CEM, la eficiencia y calidad de la iluminación, los requisitos de confort y la eficiencia de Los edificios deben ser orgánicos, integrar arte, materiales naturales, luz solar, plantas verdes, eficiencia energética, bajos niveles de ruido y agua. No deberían costar más que los edificios convencionales actuales.
    • Socialmente Justos: Los hábitats serán igualmente accesibles en todas las clases económicas.
    • Culturalmente Creativo: Los hábitats permitirán a los grupos étnicos mantener identidades culturales individuales y vecindarios mientras se integran a la comunidad en general. Todos los grupos poblacionales tendrán acceso al arte, al teatro y a la música.
    • Hermosa: La belleza en un ambiente de hábitat es necesaria para el desarrollo del alma de los seres humanos. Es levadura para el fermento de la creatividad individual. La intimidad con la belleza y el misterio numinoso de la naturaleza debe estar disponible para avivar nuestro sentido de lo sagrado.
    • Accesible física y económicamente: Todos los sitios dentro del hábitat serán accesibles y ricos en recursos para quienes vivan a una distancia transitable (o en silla de ruedas).
    • Evolutivo: El diseño de los hábitats incluirá una reevaluación continua de premisas y valores, deberá ser demográficamente sensible y flexible para cambiar con el tiempo para apoyar las necesidades futuras de los usuarios. Los diseños iniciales deben reflejar la heterogeneidad de nuestra sociedad y tener un sistema de retroalimentación.

    ¿Qué se entiende por un edificio sustentable o verde? La EPA de Estados Unidos define la construcción ecológica como “la práctica de crear estructuras y usar procesos que sean ambientalmente responsables y eficientes en recursos a lo largo del ciclo de vida de un edificio, desde la ubicación hasta el diseño, construcción, operación, mantenimiento, renovación y deconstrucción. Esta práctica amplía y complementa las preocupaciones clásicas de diseño de edificios de economía, utilidad, durabilidad y comodidad”. (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, 2010)

    Ya se han documentado los beneficios de los edificios sustentables. Estos edificios pueden reducir el consumo de energía en un 24-50%, las emisiones de dióxido de carbono en 33-39%, el uso de agua en un 40% y los desechos sólidos en un 70% (Turner & Frankel, 2008; Kats, Alevantis, Berman, Mills, & Perlman, 2003; Fowler & Rauch, 2008). Los ocupantes de edificios ecológicos son más saludables y productivos que sus contrapartes en otros edificios, y esto es importante porque en Estados Unidos, las personas pasan un promedio del 90% o más de su tiempo en interiores (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, 1987). Los edificios verdes tienden a haber mejorado la calidad del aire interior y la iluminación.

    También se perciben numerosos beneficios comerciales para los edificios ecológicos, como la disminución de los costos operativos y el aumento del valor del edificio, el retorno de la inversión, la relación de ocupación y la relación de renta.

    Materiales y Métodos de Construcción

    Con frecuencia se afirma que el edificio más sustentable es el que no se construye. Esto no quiere decir que no debamos tener edificios, sino que debemos aprovechar al máximo nuestros edificios existentes. Esos edificios ya cuentan con la infraestructura y han utilizado muchos materiales para su construcción.

    Una gran cantidad de energía se destina a la fabricación de materiales de construcción. Por volumen, los principales materiales utilizados dentro de la industria de la construcción de Estados Unidos son roca triturada, grava, arena, cemento, concreto de cemento, concreto asfáltico, productos madereros, ladrillos de arcilla, bloques de hormigón, paneles de yeso, materiales para techos, acero, aluminio, cobre y otros metales, plásticos, papel, pinturas, pegamentos y otros productos químicos productos. La industria de la construcción ha sido el mayor consumidor de materiales en Estados Unidos durante casi 100 años (Horvath, 2004).

    La fabricación de cemento, por ejemplo, es un enorme productor de emisiones de gases de efecto invernadero. El cemento está hecho de aproximadamente 85% de cal en masa, que se mezcla con otros ingredientes como esquisto, arcilla y pizarra. Se forma en un adhesivo inorgánico calentando los ingredientes a una temperatura de 1450 °C (2640 °F), y luego moliendo el producto hasta obtener un polvo. El cemento comprende aproximadamente 15% del concreto, el cual se fabrica mezclando cemento con arena, pequeñas rocas y agua. Debido a que requiere tanta energía, se estima que la fabricación de cemento representa hasta el 5% de las emisiones antropogénicas globales de gases de efecto invernadero (Humphreys & Mahasenan, 2002).

    La construcción de edificios también está relacionada con la deforestación. Nuestro consumo de madera para construir edificios y muebles a lo largo de los siglos ha dado como resultado la tala de muchos bosques del viejo mundo y bosques tropicales. Los árboles se cosechan no sólo para combustible sino también para material de construcción y para despejar terrenos para la construcción.

    La demolición de edificios antiguos para dar paso a proyectos nuevos y de construcción propiamente dichos generan enormes cantidades de desechos. La cuidadosa deconstrucción de edificios permite la reutilización de materiales en futuros proyectos de construcción o para el reciclaje de materiales en nuevos productos de construcción (y otros). La deconstrucción crea ventajas económicas al reducir los costos de remoción de edificios debido al valor de los materiales y los costos de eliminación evitados, reduce el impacto en el sitio en el suelo y la vegetación, conserva el espacio de los vertederos y crea empleos debido a la intensidad de mano de obra del proceso.

    Un estudio de la EPA de 1998 sobre la generación de escombros de construcción y demolición (C&D) relacionados con edificios en Estados Unidos encontró que en 1996 se generaron 136 millones de toneladas de desechos de C&D relacionados con edificios, lo que equivale a 2.8 libras por persona por día. Se generó 43% de los desechos (58 millones de toneladas por año) de fuentes residenciales y 57% (78 millones de toneladas anuales) procedían de fuentes no residenciales. Las demoliciones de edificios representaron 48% del flujo de desechos, o 65 millones de toneladas anuales; las renovaciones representaron 44%, o 60 millones de toneladas anuales; y 8 por ciento, o 11 millones de toneladas anuales, se generó en sitios de construcción.

    Incluso cuando la deconstrucción no es posible, los desechos pueden reciclarse clasificando los materiales después de ser recolectados y llevados a una estación de transferencia de desechos. Dado que la nueva construcción y renovación requiere el aporte de muchos materiales, esta es una oportunidad para utilizar productos que mejoren la sustentabilidad del edificio. Estos productos pueden estar hechos de contenido reciclado, madera cultivada y cosechada de manera sostenible y materiales de pulpa, productos que tienen bajas emisiones y productos que se obtienen localmente. Estos productos mejoran la sustentabilidad del edificio al apoyar las economías locales y reducir el combustible necesario para transportarlas largas distancias.

    Características del edificio que ahorran energía

    Las medidas de eficiencia energética han existido desde hace mucho tiempo y se sabe que reducen el uso de energía en propiedades residenciales y comerciales. Se han realizado mejoras en todas estas áreas y son grandes oportunidades para una mayor innovación. Los edificios verdes incorporan estas características para reducir la demanda de calefacción y refrigeración.

    Aislamiento

    El edificio debe estar bien aislado y sellado para que el aire acondicionado no escape al exterior. El aislamiento se puede instalar en pisos, paredes, áticos y/o techos. Ayuda a tener una distribución de temperatura más uniforme y un mayor confort también.

    Ventanas de alto rendimiento

    Varios factores son importantes para el rendimiento de una ventana (ver Figura\(\PageIndex{1}\)):

    • Las ventanas térmicas tienen al menos doble panel y se llenan al vacío con gas inerte. Este gas proporciona aislamiento
    • Los materiales de encuadre mejorados, el burlete y los espaciadores de bordes cálidos reducen la ganancia y la pérdida
    • El recubrimiento Low-E bloquea la ganancia de calor solar en verano y refleja el calor radiante en interiores durante el invierno

    Sellado de Agujeros y Grietas

    Sellar agujeros y grietas en la envoltura de un edificio, así como los sistemas de conductos de calefacción y refrigeración, puede reducir las corrientes de aire, la humedad, el polvo, el polen y el ruido. Además, mejora la comodidad y la calidad del aire interior al mismo tiempo que ahorra energía y reduce los costos de servicios públicos y mantenimiento.

    Figura\(\PageIndex{1}\) A Fuente de ventana de alto rendimiento: http://www.energystar.gov/ia/new_homes/features/Windows_062906.pdf

    Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado (HVAC)

    Una gran parte del consumo de energía y por lo tanto el impacto ambiental de un edificio son los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) del edificio que se utilizan para proporcionar niveles cómodos de temperatura, humedad y suministro de aire. Los edificios deben diseñarse para cumplir con los requisitos del código energético local, pero a menudo estos no son objetivos tan agresivos como podrían ser para exigir más eficiencia energética. En Estados Unidos, ENERGY Star brinda orientación y evaluación comparativa para ayudar a establecer metas más agresivas.

    Hay muchas maneras en que los sistemas HVAC pueden diseñarse para ser más eficientes. Los sistemas de volumen de aire variable (VAV) aumentan el flujo de aire para satisfacer el aumento o disminución de las ganancias o pérdidas de calor dentro del área servida. Tener ventiladores apagados cuando no es necesario ahorra energía, al igual que reducir la cantidad de aire que necesita ser acondicionado y también reduce la necesidad de sistemas de recalentamiento. Estos sistemas se utilizan para calentar un área si el suministro de aire enfriado está haciendo que un área sea demasiado fría. Los sistemas VAV generalmente pueden manejar esto reduciendo el suministro de aire. Todo esto necesita equilibrarse asegurándose de que haya suficiente suministro de aire fresco para satisfacer las necesidades del número de ocupantes en un edificio. De lo contrario, se sentirá tapada por falta de flujo de aire y oxígeno.

    También el uso de controles automatizados, ya sea un termostato programable en tu hogar o un sistema de automatización de edificios (BAS) que utiliza computadoras para controlar los ajustes de HVAC en función de horarios y ocupación, puede reducir significativamente el consumo de energía.

    El equipo en sí puede ser más eficiente energéticamente. Por ejemplo, los nuevos hornos domésticos varían en eficiencia de 68-97%. Idealmente, el horno con mayor eficiencia energética se instalaría en un nuevo hogar (Departamento de Energía de Estados Unidos, 2011).

    Diseño Solar Pasivo

    Este tipo de diseño arquitectónico no requiere calefacción mecánica y refrigeración de un edificio. En cambio, utiliza estrategias de calefacción y enfriamiento que se han utilizado históricamente como ventilación natural, ganancia de calor solar, sombreado solar y aislamiento eficiente. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra algunos de estos elementos. En el invierno la radiación solar queda atrapada por el efecto invernadero de las ventanas orientadas al sur (norte en el hemisferio sur) expuestas a pleno sol. El calor es atrapado, absorbido y almacenado por materiales con alta masa térmica (generalmente ladrillos o concreto) dentro de la casa. Se libera por la noche cuando es necesario para calentar el edificio ya que pierde calor al refrigerador al aire libre. El sombreado proporcionado por los árboles o sombras mantiene el sol afuera en los meses calurosos.

    Figura Diseño Solar\(\PageIndex{2}\) Pasivo Fuente: www.yourhome.gov.au/technical/fs45.html #what

    Iluminación

    La iluminación bien diseñada puede minimizar el uso de energía. Esto incluye mejorar la iluminación diurna (luz natural), a través de ventanas, claraboyas, etc. El uso de iluminación de bajo consumo como bombillas fluorescentes compactas y LEDs (diodos emisores de luz) también puede ahorrar energía. El uso de sensores de ocupación también significa que las luces solo estarán encendidas cuando alguien esté en una habitación. Consulte el Módulo 13.4 para obtener más tecnologías de ahorro de energía que se pueden incorporar a los edificios.

    Agua

    El uso de agua se puede minimizar mediante el uso de accesorios de bajo flujo en baños, baños y cocinas. Los inodoros de doble descarga permiten que el usuario tenga la opción de seleccionar menos agua (por ejemplo, para desechos líquidos) y más agua (por ejemplo, para desechos sólidos) al lavar (ver figura\(\PageIndex{3}\)). Estos han estado en uso desde hace mucho tiempo en Europa, Medio Oriente y otros lugares donde la conservación del agua es primordial. El consumo de agua dulce se puede reducir aún más mediante el uso de sistemas de aguas grises. Estos sistemas reciclan el agua generada por actividades como lavado de manos, lavado de ropa, baño y lavado de vajillas para el riego de terrenos e incluso para el lavado de inodoros.

    Figura Inodoro de\(\PageIndex{3}\) doble descarga Este inodoro tiene dos controles de descarga en el tanque de agua. Al presionar solo el botón circular se libera la mitad (0.8 galones, 3 litros) de agua que presionar el botón exterior. Fuente: Por Eugenio Hansen, OFS (Obra propia) [CC-BY-SA-3.0], vía Wikimedia Commons

    Diseño Integrado

    El diseño integrado es un proceso de diseño para un edificio que mira a todo el edificio, en lugar de sus partes individuales, en busca de oportunidades para reducir el impacto ambiental. Las medidas incrementales incluirían los enfoques descritos anteriormente. Para lograr el diseño integrado de un edificio, todas las partes involucradas en el diseño (arquitectos, ingenieros, el cliente y otras partes interesadas) deben trabajar juntas. Este enfoque colaborativo da como resultado una coordinación más armoniosa de los diferentes componentes de un edificio como el sitio, la estructura, los sistemas y el uso final.

    Estándares de Certificación

    La mayoría de los países establecen ciertos estándares para asegurar la consistencia, la calidad y la seguridad en el diseño y construcción de edificios. Los estándares de construcción ecológica brindan pautas a arquitectos, ingenieros, operadores de edificios y propietarios que mejoran la sustentabilidad de los edificios. Diversos estándares de construcción ecológica se han originado en diferentes países del mundo, con diferentes objetivos, procesos de revisión y calificación. En esta sección discutiremos algunos ejemplos.

    Se debe desarrollar un buen sistema de certificación con comentarios de expertos. Además, debe ser transparente, medible, relevante y comparable.

    • Basado en expertos: ¿Se adquirieron insumos de expertos y profesionales en los campos del diseño, la construcción, la operación de edificios y la sustentabilidad?
    • Transparente: ¿La información está fácilmente disponible para el público sobre cómo se califican los edificios?
    • Medible: ¿El sistema de calificación utiliza características medibles para demostrar el alcance del diseño sustentable incorporado al edificio? ¿El sistema utiliza análisis de ciclo de vida para evaluar?
    • Relevancia: ¿El sistema de calificación proporciona una “evaluación de todo el edificio” en lugar de una evaluación de una característica de diseño individual?
    • Comparable: ¿El sistema de clasificación es capaz de comparar tipos de edificios, ubicación, años o diferentes características de diseño sustentable?
    Comparación de Sistemas de Certificación Fuente: Klein-Banai, C.

    Sistema

    Año establecido

    País de origen

    Trans- padres

    Basado en expertos

    Medible/ Usos LCA

    Relevancia

    Comparable

    BREEAM 1990 REINO UNIDO √* -
    Globos Verdes 1996 Canadá √/√
    LEED 2000 NOSOTROS √/√ V 3.0
    CASBEE 2001 Japón √/√
    ENERGY STAR 1999 NOSOTROS # Sólo energía

    *Solo listas de verificación de predicción de evaluación disponibles públicamente

    # Herramienta de evaluación comparativa desarrollada por la EPA de EE.

    Sistema Año Establecido País de Origen Transparente Basado en Expertos Medible/ Usos LCA Relevancia
    BREEAM 1990 REINO UNIDO √* -
    Globos Verdes 1996 Canadá √/√
    LEED 2000 NOSOTROS √/√ (v3.0)
    CASBEE 2001 Japón √/√
    ENERGY STAR 1999 NOSOTROS √** Sólo energía

    * Solo listas de verificación de predicción de evaluación disponibles públicamente

    ** Herramienta de evaluación comparativa desarrollada por la EPA de EE.

    Tabla\(\PageIndex{2}\) Comparación de Sistemas de Certificación Fuente: Klein-Banai, C.

    Conclusión

    El entorno construido es la manifestación más grande de la vida humana en el planeta. Los edificios han sido esenciales para la supervivencia de la raza humana, protegiéndonos de los elementos y fuerzas de la naturaleza. Sin embargo, también consumen mucho material, energía y agua, y ocupan tierras que de otro modo podrían estar subdesarrolladas o utilizadas para la agricultura. Hay muchas maneras de reducir ese impacto construyendo a un nivel más alto de conservación y reutilización. Hay una serie de sistemas que pueden ayudar a arquitectos, ingenieros y planificadores a alcanzar esos estándares, y deben ser seleccionados con plena conciencia de sus limitaciones.

    Referencias

    1. Fowler, K.M. & Rauch, E.M. (2008). Evaluar el desempeño de edificios ecológicos. Una evaluación post ocupación de 12 edificios de la GSA. (Administración de Servicios Generales de los Estados Unidos). PNNL-17393 Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico Richland, Washington. Recuperado de www.gsa.gov/graphics/pbs/gsa_... ull_Report.pdf
    2. Horvath, A. (2004). Materiales de construcción y medio ambiente. Revisión Anual de Energía y Medio Ambiente, 29, 181-204.
    3. Humphreys, K. & Mahasenan, M. (2002). Hacia una Industria Cementera Sustentable. Subestudio 8, Cambio Climático. Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sustentable. Recuperado de www.wbcsd.org/web/publication... telle-full.pdf
    4. Kats, G., Alevantis, L., Berman, A., Mills, E. & Perlman, J. (2003). Los costos y beneficios financieros de la construcción ecológica: Un informe al grupo de trabajo de construcción sustentable de California. Recuperado de www.usgbc.org/docs/News/News477.pdf
    5. Turner, C. & Frankel, M. (2008). Rendimiento energético de LEED para Edificios de Nueva Construcción, Informe Final. Recuperado a partir de http://newbuildings.org/sites/defaul...al_3-4-08b.pdf
    6. Departamento de Energía de Estados Unidos. (2011). Ahorradores de energía: Hornos y calderas. Recuperado de www.energysavers.gov/your_hom... /mytopic =12530
    7. Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (1987). El estudio de la metodología de evaluación de la exposición total (TEAM) (EPA 600/S6-87/002). Recuperado de exposurescience.org/pub/repor... _book_1987.pdf
    8. Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (1998). Caracterización de escombros de construcción y demolición relacionados con edificios en Estados Unidos. (Informe No. EPA530-R-98-010). Recuperado de www.epa.gov/wastes/challeng/gen... sqg/cd-rpt.pdf
    9. Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (2010). Edificación Verde Información Básica. Recuperado de www.epa.gov/greenbuilding/pubs/about.htm.

    Preguntas de revisión

    1. ¿Cuáles son los impactos positivos y negativos que los edificios tienen en el medio ambiente y la sociedad?
    2. ¿Cómo se pueden reducir esos impactos?
    3. ¿Cuáles serían las ventajas y desventajas de demoler un edificio antiguo y reemplazarlo por un nuevo edificio altamente “sostenible” vs. renovar un edificio antiguo a nuevos estándares?

    Glosario

    Deconstrucción

    El desmantelamiento o remoción selectiva de materiales de los edificios antes o en lugar de la demolición convencional.

    Sobre

    La barrera física entre el interior y el exterior de un edificio incluyendo las paredes, el techo, los cimientos y las ventanas.

    Griswater

    El agua generada a partir de actividades como lavado de manos, lavado de ropa, baño y lavado de platos que se pueden reciclar in situ para ser utilizadas para el riego de terrenos e incluso para la descarga de inodoros.

    Bajas emisiones

    Materiales que tienen poco o ningún compuesto orgánico volátil y otros químicos tóxicos que se liberan al medio ambiente después de la instalación.

    Masa Térmica

    La capacidad de un material para absorber energía térmica. Los materiales de alta densidad como concreto, ladrillos y baldosas necesitan mucho calor para cambiar su temperatura y así tener una alta masa térmica. Los materiales ligeros como la madera tienen una masa térmica baja.


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