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 1._Titulo  2._Abstract  3._Motivaciones Personales  4._Introducción _ Breve Historia del Diseño Digital  5._Descripción Problema _ Plataforma de Información _ ¿Que es Bim? _ Simulaciones de Funcionamiento de energía del edificio _ La regeneración del modelado de energía durante el diseño conceptual _ Los materiales en las Simulaciones de Energía y BIM _ Implicaciones para LEED _ ¿Que es LEED y como funciona ? (Leadership in Energy and Environmental Design)  6._Contexto Problema _ Sofwares de Modelado de Energía _ Green Building Studio. _ SketchUp y EnergyPlus. _ Análisis durante el desarrollo del diseño. _ MEP de Revit unido con IES _ ArchiCAD y Ecotect. _ Soluciones de BIM de Bentley. _ La realidad actual de los modelos de energía.  7._Presentación del Caso _ Torre Pearl _ Estrategias de Sustentabilidad _ Imágenes del proceso de Modelado de Energía.

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8._Conclusiones 9._ Glosario 10_ Bibliografía

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1._Titulo: “Diseño Medioambiental asistido por

softwares de Modelado de energía ” 2._Abstract:

En la actualidad el calentamiento global ha generado en todo el mundo controversia, siendo un tema que nos afecta a todos y que es parte de un proceso que se viene arrastrando desde los comienzos de la era industrial hasta la fecha, donde el hombre no ha sabido convivir con la naturaleza y la ha ido deteriorando evolutivamente. En el siglo xxi el hombre está paulatinamente tomando conciencia del medioambiente y del daño que se le ha producido. En el ámbito de la arquitectura desde sus comienzos el hombre ha tratado con su entorno, buscando la manera de combatir las inclemencias del clima a esto se le llama arquitectura vernacular, la cual se puede apreciar en todo el mundo, respondiendo al sector propio en el que se encuentra inmerso y su determinado referente climático. Las características medioambientales son medibles de forma paramétrica, estos parámetros se han traspasado a escalas graficas que ayudan en el momento de diseñar bioclimaticamente; cartas solares, con el azimut y ángulo de incidencia del sol, formulas para el calculo de transmitancia térmica, donde cada material tiene su propio coeficiente de transmitancia dado, rosas de los vientos, que definen los vientos predominantes según la época del año, factores de humedad relativa, etc, Estas escalas pueden ser traspasadas a formato digital, donde es el computador el que hace los cálculos según el diseño arquitectónico Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 3


modelado en tres dimensiones, donde se arroja un resultado según su ubicación en el espacio tomando en cuenta principalmente la orientación solar, para lo cual se han desarrollado distintos softwares que arrojan resultados térmicos, de sombras, de radiación solar, acústicos, etc.

Todos estos resultados digitales, apoyados por una plataforma de intercambio mundial de información, Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 4


están provocando un cambio en la manera de concebir un edificio, llegando en un futuro no muy lejano a utilizar estas herramientas en el mismo proceso de diseño, no después, por lo tanto cada modificación que se le haga, ya sea que se le agregue un muro o se cambie una materialidad, se arrojará en tiempo real el resultado energético del edificio. Actualmente la respuesta a edificios y viviendas que se desarrollen de manera sustentable se esta estandarizando mediante un galardón de referencia mundial hacia este tipo de proyectos sostenibles; el LEED. El cual aprueba documentos exclusivamente en formato digital y en archivos modelados en 3D con el modelado de energía incluido. Sin duda que en un futuro no muy lejano va a ser muy común que junto con la entrega de los planos de una casa o edificio, tenga inserto un estudio del comportamiento energético de la construcción, generado por softwares especializados, los cuales serán ocupados desde los inicios del proceso de diseño, optimizando a la arquitectura y siendo un aporte para el medioambiente.

3._Motivaciones Personales:

La inclinación por la arquitectura bioclimática la he ido desarrollando durante la carrera de arquitectura, la bioclimática brinda optimización a la arquitectura, generando espacios confortables en cuanto a sensación térmica, iluminación y ventilación. El diseño asistido por computadoras ha simplificado el proceso de diseño, desde el comienzo de este con el formato CAD, hasta la actualidad, donde los modelos Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 5


en tres dimensiones están cambiando la forma de concebir la arquitectura. En particular me llamó la atención de la forma en que actualmente se puede compartir la información por internet, haciendo que un proyecto tenga un flujo en el traspaso de información entre arquitectos, contratistas, ingenieros , etc. En la actualidad se están creando plataformas de intercambio de información y paquetes de sofwares que son capaz de almacenar la información de un edificio en cuanto a sus componentes modelados en tres dimensiones, asignándole un valor único a cada componente. De esta forma se puede ocupar distintos softwares para el modelado de la energía de un edificio. Principalmente me llamó la atención el Software de modelado de energía llamado Ecotect, que de manera fácil y rápida se puede tener el modelado de recorrido solar y de sombras que produce un proyecto modelado en 3d. Por otra parte, actualmente se esta estandarizando la producción de edificios sustentables, con parámetros que son motivados con galardones como el LEED, están haciendo que el mundo funcione mejor y que los arquitectos podamos hacer nuestro aporte al tema del calentamiento global.

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Al diseñar el palacio de justicia federal de los E.E.U.U. en Seattle, la oficina NBBJ utilizó sofwares de modelado de energía para analizar la distribución de temperatura del aire para determinar las ventajas de la ventilación en la sala de tribunal del cabildo.

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4._Introducción:

En un mundo perfecto, las simulaciones de energía y los instrumentos de diseño estarán tan bien integrados que cada vez que un arquitecto mueva una pared, añada una ventana o cambie una especificación de iluminación, el funcionamiento de energía predicho del edificio será actualizado y mostrado al instante. Con aquel tipo de actualización en tiempo real, los diseñadores rápidamente se harían expertos en la optimización del funcionamiento de energía de sus diseños, y nuevos edificios rápidamente se acercarán a la neutralidad de perdida de energía. Aquel mundo aún no ha llegado, y el camino a ello esta lleno de obstáculos. Pero en algunos ajustes se hace muy cercano, gracias a la convergencia de instrumentos de diseño con gran cantidad de datos importantes para la construcción, herramientas tridimensionales, ordenadores cada vez más rápidos, y protocolos aceptados para compartir la información digital sobre edificios a través de plataformas. A pesar de la inversión significativa que los diseñadores y contratistas tienen que hacer para adoptar BIM ( Building Information Modeling), estos prefieren de todas formas esta alternativa , ya que reduce errores, aerodinamiza gastos, y mejora el funcionamiento del diseño de un edificio en una docena de modos, no solo en lo que a arquitectura ecológica respecta.

_Breve Historia del Diseño Digital A comienzos de la década de los 80´s, solo las oficinas de arquitectura mas pendientes de la ultima tecnología substituían sus mesas de dibujo y lápices por Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 8


terminales de trabajo de diseño asistido por computador (CAD). Durante los años 90´s, dibujos de CAD bidimensionales dieron el paso a herramientas que podían hacer vistas tridimensionales de un diseño, e instrumentos más avanzados para que arquitectos puedan diseñar directamente en tres dimensiones usando modelos virtuales. Trabajar con un modelo de un edificio actualmente es en realidad muy natural, porque es lo que los arquitectos llevamos en nuestras cabezas de todos modos, Ingenieros estructurales que trabajan sobre edificios complejos han estado entre los tempranos adoptadores de instrumentos de CAD en 3D, pero los arquitectos y otros ingenieros ahora comúnmente usan estos instrumentos también.

5._Descripción del Problema:

_Plataforma de Información. _¿Qué es BIM ?(Building Information Modeling) BIM es un modelo de interoperabilidad informática. Es un sistema que modela información para el uso de la industria de edificios, es un sistema que modela soluciones y que usa como base la tecnología de la información. BIM se utiliza a partir de softwares, que capturan, almacenan y manejan datos sobre el ciclo de producción de un edificio, a partir de un lenguaje común para los miembros de los equipos que operan en la producción de un proyecto.

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Los Softwares de BIM, operan y funcionan sobre la colaboración de base de datos digitales, manejan el cambio de información en todas partes de la base de datos, de modo que un cambio pueda ser coordinado en la totalidad de esta, capturan y conservan la información para su reutilización en usos adicionales específicos de la industria. BIM añade soluciones en el manejo de relaciones entre los componentes del edificio mas allá de la información a nivel de objeto. El proceso de construir el diseño y la información es interactivo. El entendimiento de un problema de diseño se desarrolla durante el proceso y puede presentar nuevas soluciones durante estos, lo que permite que exista una conectividad informática y que los problemas puedan ser solucionados en todos los ámbitos al mismo tiempo y como veremos mas adelante inclusive en el ámbito de la energía. Pero BIM no es solamente el uso de algún software, sino una metodología de práctica. Liderando el movimiento hacia BIM se encuentra mayormente por propietarios de edificios grandes, incluyendo la Administración de Servicios General de E.E.U.U. (GSA), que, desde el 2007, acepta la entrega de proyectos de gran envergadura sólo como modelos interoperables BIM. Los propietarios como GSA han documentado el derroche en cuanto a información en la entrega de un edificio convencional a base de documento tradicional (DWG) por lo que dictaminan un acercamiento más integrado. Un grupo de organizaciones relacionadas a BIM unidas bajo el manto del National Institute of Building Sciences ( NIBS ) y building SMART Alliance , en febrero de 2007, Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 10


lanzaron la primera parte de un estándar para todo E.E.U.U. de BIM.

Esquema de un modelo de datos BIM, con una plataforma de contribución y el mutuo aporte entre el dueño, el arquitecto y el constructor.

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Autodesk, el líder en softwares CAD, incrementalmente ha añadido capacidades que unen datos a su paquete de programas de softwares Arquitectónicos. En el 2002, la empresa hizo un compromiso importante a los datos BIM con su adquisición de Revit, un programa de diseño a base de datos asignados. Autodesk ahora activamente procura hacer emigrar a sus clientes de CAD de mucho tiempo a la cadena de producción Revit. Corrientemente hay 200,000 licencias de usuarios en el mundo entero . Revit ha duplicado estos clientes en sólo un año. Otros actores principales en este mercado son ArchiCAD de Graphisoft y Microstation Suite de Bentley Systems. Entre el 5 % y el 10 % de usuarios del mundo entero de CAD usan softwares BIM de una de estas empresas. _Simulaciones de Funcionamiento de energía del edificio Así como el número de diseñadores que trabajan en BIM crece, crece la oportunidad para usar aquellos modelos virtuales no solamente para la estimación de costos. Con el uso de BIM, la tecnología facilita un movimiento mucho más grande alrededor de la sustentabilidad de los edificios. Los modeladores de energía usan software especializados para crear un modelo virtual de un edificio. Luego insertan el edificio al patrón de clima previsto para predecir su calefacción- refrigeración y el empleo de su energía. Hasta ahora, establecer un modelo de energía tomaba muchas horas, aún para un edificio relativamente simple, entonces las insistencias por varias alternativas de diseño eran lentas y caras. Ahora, las alternativas de diseño se pueden ver inmediatamente, actualizado el diseño según las Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 12


características climáticas, por lo que se puede acortar el proceso de diseño bioclimatico. _La regeneración del modelado de energía durante el diseño conceptual Una de las ironías de modelado de energía y otras simulaciones usadas en el proceso de diseño es que se tiende a requerir un modelo completamente limpio del edificio, que quiere decir que en el tiempo el modelado es hecho, el diseño totalmente es desarrollado y sólo cambios menores pueden ser intervenidos. BIM mitiga este problema en cierta medida porque el modelo de diseño integrado de 3D lo hace relativamente fácil para hacer cambios, aún tarde en el proceso, eliminando la necesidad de coordinar cambios a través de múltiples dibujos. Pero las simulaciones de etapa temprana del 3D preliminar y modelos de BIM ofrecen las mayores ventajas potenciales. Green Building Studio (GBS) y SketchUp es optimizado para el empleo de datos en etapas tempranas de proyecto.

6._Contexto del Problema:

_Softwares de Modelado de Energía _Green Building Studio. Green Building Studio (GBS) es pionero en el campo de simulación de energía, de manera fácil y básica de modelos de diseño. Es tanto una empresa como un servicio de Web del mismo nombre, GBS incluye un protocolo para traducir la información del software de CAD en un estándar para el simulador de energía DOE-2. Como un modelo de energía requiere los datos que típicamente no son definidos aún en archivos BIM, Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 13


mucho menos 3D CAD, GBS llena los huecos de muchas suposiciones predeterminadas de falta, el objetivo de este instrumento es el modelado en las primeras etapas de diseño. GBS ha creado plug-ins para Revit y ArchiCAD que ayuda a los usuarios en la definición de zonas HVAC y la validez del modelo BIM a aumentar las posibilidades que la simulación de energía proporcione resultados útiles. El plug-in de unión genera un archivo en el formato de gbXML (formato de información de cambio desarrollado por GBS) que el software sube al servidor de GBS para el análisis. Minutos más tarde, el diseñador puede descargar los resultados del modelo. GBS permite a usuarios cinco pruebas gratis. GBS recientemente presentó un consejero de diseño, un servicio que automáticamente genera modificaciones propuestas al diseño y permite a usuarios experimentar con un pequeño número de alternativas. GBS también tiene un Plug-in para DOE-2 ofrecido para descargarlo, ofreciendo a ingenieros un acceso rápido para controlar sus propios modelos de energía en las primeras etapas de diseño. _SketchUp y EnergyPlus. Mientras esta es una gran diferencia de los instrumentos hechos y derechos BIM, Google SketchUp ofrece un 3D que modela y la capacidad de asignar características a los objetos en el diseño. Muchos diseñadores prefieren SketchUp al principio porque este es un instrumento muy fácil. La mayoría de los instrumentos de diseño establecidos actualmente tienen al menos alguna capacidad de importar modelos de SketchUp y exportarle modelos simplificados hacia otros sofwares. Aquella capacidad pronto llevará más importancia para Green Proyects ya que para junio del Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 14


2007 el Ministerio de Energía estadounidense (DOE) espera lanzar un plug-in de unión entre SketchUp y EnergyPlus . DOE propone para EnergyPlus, reemplazar el elogiado DOE 2. Mientras EnergyPlus es considerado como un motor de simulación más poderoso y flexible, su empleo ha sido limitado por su carencia de un fácil uso. Se podría imaginar que SketchUp sería un interfaz bastante buena para hacer un modelo de EnergyPlus. El plug-in de unión, que estará disponible tanto para el uso gratis como las versiones pro de SketchUp, ayudará a usuarios a definir zonas de HVAC y asignar características termales a elementos en sus modelos. Esto entonces exportará un archivo de entrada de EnergyPlus a un usuario para correr separadamente, aunque las futuras versiones del plug-in de unión sean capaces de controlar la simulación completamente dentro de SketchUp. Los instrumentos como SketchUp son sobre todo útiles para tempranos estudios de diseño.

_MEP de Revit unido con IES. En febrero de 2007, Autodesk y el desarrollador de simulación IES limited, anunciaron una colaboración que ligaba sus herramientas. Esta colaboración comenzó a dar frutos en abril, cuando una mejora incremental de la versión de Revit (MEP de Revit) desarrollo la capacidad de calcular la calefacción y refrigeración directamente con un motor de IES. El ambiente virtual de IES es un paquete integrado de funcionamiento que modela el uso de la energía, luz día, computacional fluid dynamic (CFD), y otras cualidades basadas en un solo modelo compartido del Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 15


edificio. Más allá de la herramienta del cálculo de la carga de energía que ahora proporciona el MEP de Revit, los usuarios pueden comprar la caja de herramientas virtual de ambiente, que incluye la capacidad de hacer análisis más sofisticados. IES también vende los módulos individuales por separado que intensifican el modelado a otro nivel. Los motores primarios que modelan dentro de IES se llaman Apache . La Gracia de esto es de que Apache está siendo actualizado continuamente por un equipo de expertos principales. El hecho de que IES esté ligado solamente a Revit MEP y no a Revit Architectural presenta un obstáculo en el camino hacia el modelado de energía totalmente integrado con el proceso de diseño, especialmente puesto que el MEP de Revit no es tan maduro como las otras herramientas de Revit y algunos ingenieros dudan en confiar en este. Autodesk e IES no ven la dependencia del módulo del MEP como limitación, sin embargo creen que el modelo compartido puede realzar la comunicación y la colaboración a través de disciplinas.

_ArchiCAD y Ecotect. Graphisoft está en búsqueda de una trayectoria similar a Autodesk estableciendo lazos con otro paquete de funcionamiento integrado de modelado, Ecotect. Ecotect se utiliza extensivamente en ajustes académicos y es popular en muchas firmas para los estudios tempranos del proyecto .

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Ecotect fue creado por Andrew Marsh, Ph.D. Donde un grupo minúsculo de personal maneja todo el desarrollo y mantenimiento del sofware, así que el continuar con la demanda para las características y los arreglos los ha desafiado, especialmente pues ha aumentado rápidamente la demanda de la herramienta. Ecotect sigue siendo un jugador valioso en la industria, sin embargo, en gran parte debido a su conexión a herramientas de fuentes abiertas, tales como Radiance para modelar la luz día y EnergyPlus para la energía en general, en la cual los usuarios de Ecotect pueden realizar simulaciones más potentes que estén más allá del alcance del código interno de Ecotect. Graphisoft ha realzado el plug-in del gbXML de ArchiCAD del GBS para servir como traductor a Ecotect. Tiene la capacidad para mapear zonas y para exportar datos, así que las características de las paredes, ventanas, puertas, estan todas ya informadas. Actualmente la exportación a Ecotect es unidireccional, pero los usuarios pronto podrán mover los modelos de Ecotect nuevamente hacia ArchiCAD.

Si Revit e IES se están convirtiendo en un estándar de la industria para los arquitectos orientados a la producción. ArchiCAD ofrece una ventaja en términos de interoperabilidad con una variedad de modelar las herramientas e inserción de plug-ins. _Soluciones de BIM de Bentley. En vez de ligarse directamente a cualquier paquete específico de Funcionamiento de edificio, sistemas Bentley, ocupa una estructura de datos flexibles como Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 17


solución ideal porque permite que los usuarios almacenen cualquier tipo de datos y que emigren esos datos a sofwares de su elección para análisis especializados. El vehículo primario de Bentley para estas traducciones es el marco de IFC, que finalmente está ganando una aprovación extensa. Una fuerza única del software Bentley es su capacidad de intercambiar datos hacia adelante y hacia atrás por otras herramientas, incluyendo una opción para reimportar selectivamente modificaciones a un modelo. La mayoría de las herramientas de análisis no son tan elegantes como las BIM.

_La realidad actual de los modelos de energía. No es tan simple como apretar un botón y conseguir un número de energía. El análisis requiere mucho por simplificar. Quizás el desafío más fundamental es que el análisis de la energía requiere una gama de inputs, sólo algunas de las cuales se incluyen en un BIM. El layout físico, lo que los ingenieros llaman “Building Geometry” es un elemento básico en todos los modelos de 3D CAD. La información sobre cómo se construyen los varios elementos y sobre su funcionamiento termal se puede incluir en un modelo de BIM. Pero un modelo de energía también necesita la localización, información que utiliza para seguir ángulos del sol y aplicar datos horarios apropiados del clima de la operación, para así mapear las zonas de HVAC ( Heating, Ventilation, Air Conditioning).

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Típicamente, la mayor parte de estos elementos adicionales no existe en un modelo arquitectónico de BIM, así que deben ser creados antes o después de que el modelo se importe a un sofware de simulación de energía. Igualmente, la luz del día que modela las herramientas requiere la información sobre la reflectividad de superficies, y las que miden el factor de la necesidad de la circulación de aire en coeficientes de la fricción. En este sentido, aunque las simulaciones convencionales de diseño y del funcionamiento están trabajando de un modelo virtual del mismo edificio, necesitan saber diversas cosas sobre ese edificio, haciendo sus modelos absolutamente diferentes. Consecuentemente, nunca será posible tomar un modelo construido como representación visual y funcione una simulación significativa de la energía.

Las herramientas BIM pueden apoyar algunos análisis internamente, por ejemplo este estudio de luz día de una vivienda, extraído de una animación, usando el software de Triforma de Bentley.

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Para conseguir incluso resultados básicos de la simulación, los arquitectos tienen que aprender a crear modelos con la información necesaria, y para resultados más sofisticados, habrá probablemente siempre una necesidad de especialistas. Algunas oficinas de arquitectura mundiales como SOM, están tratando esta etapa con la formulación de equipos de expertos en modelado de energía y de otros análisis del funcionamiento del edificio. Contratan a estos grupos temprano en proceso del diseño conceptual , ligado directamente con el equipo de diseño arquitectónico. Este acercamiento integrado provee al equipo de diseño maestría al usar usos analíticos y se asegura de que los modelos constructivos de la información contienen el nivel apropiado de la información para realizar las simulaciones que pueden apoyar decisiones importantes. _Los materiales en las Simulaciones de Energía y BIM Mientras que pueden no ser ideales para las simulaciones termales, los modelos BIM están bien adaptados a seguir los materiales usados en un diseño. Si se instala el modelo correctamente, la tarea aburrida y con posibilidad de error ,de medir cada superficie y volumen para estimar la cantidad de material se elimina. Además de proporcionar una medida exacta de cuánto concreto se debe pedir, por ejemplo, un modelo puede también rastrear cualidades específicas de materiales. Al construir un modelo BIM, los diseñadores pueden seleccionar elementos del edificio de una biblioteca de elementos genéricos, o puede crear sus propias Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 20


bibliotecas. La mayoría de los modelos se linkean para brindar mayor información para esos elementos genéricos. En teoría, ellos podrían fácilmente almacenar información tal como cantidades de elementos reciclados, las consecuencias para el medio ambiente o el ciclo vital del material. Cualquier información que esté disponible para los elementos individuales se puede agregar inmediatamente para el modelo entero. BIM ofrece una solución potencial , desarrollar canales por los cuales esa información es fluida directamente de los fabricantes del producto hacia el modelo del edificio mismo. Aunque pocos fabricantes proporcionan actualmente las representaciones CAD de sus productos, en el futuro ellos podrán publicar los modelos BIM de esos mismos productos, incorporando datos sobre sus características.

_Implicaciones para LEED La capacidad de las herramientas BIM de agregar información de materiales y analizar otra información del edificio tiene implicaciones intrigantes para los requisitos de la documentación por clasificar sistemas tales como el LEED de U.S. Green Building Council (USGBC). Adobe Acrobat (PDF) es la plataforma para LEED en línea. El formato de documento portable (pdf) creado por Adobe proporciona portabilidad y seguridad para compartir la información BIM. Adobe se está moviendo para aumentar la capacidad de incluir datos a los elementos individuales en un archivo de acrobat 3D. Mientras que PDF tiene el valor de compartir la información entre usuarios antes de someterla para la Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 21


verificación de LEED, en el futuro la sumisión real no requerirá necesariamente un archivo de pdf. Mientras que ahora el flujo de datos en LEED en línea todavía requiere de un registro del usuario en el sitio web, las necesidades de información esta siendo ya aerodinámico. Particularmente, el lanzamiento más último Revit MEP, tiene una capacidad incorporada para realizar el cálculo de luz día de LEED y para divulgar qué porcentaje del espacio ocupado alcanza el factor requerido de luz día del 2%. Los usuarios también tienen la opción para divulgar esos resultados basados en la simulación de luz día de IES, y los resultados de cualquier cálculo se podrían utilizar para demostrar que un proyecto resuelve los criterios para el crédito de luz día de LEED. Mientras que las capacidades de este tipo se amplían y se verifican los cálculos, la documentación que viene directamente de estas herramientas del análisis puede aumentar la confianza de los equipos de diseño que están sometiendo la documentación LEED aceptarán, y pueden incluso aerodinamizar el proceso de la verificación de USGBC.

_¿Que es LEED y como funciona? (Leadership in Energy and Environmental Design) El Concejo de Edificios Ecológicos de los EE.UU. (USGBC) desarrolló su “Liderazgo en Diseño Energético y Medioambiental” (LEED), un sistema de evaluación a partir de los estándares existentes para edificios ecológicos de Inglaterra y Canadá. La primera versión de LEED fue lanzada en 1998 como un programa piloto. Desde entonces, la premisa de LEED (que un edificio puede acumular puntos en cinco categorías diferentes para obtener la homologación o alcanzar un nivel de Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 22


categorización ecológica más alto) ha sido ampliamente aceptada. En la actualidad, LEED es el sistema más usado en el mundo para la categorización de edificios ecológicos y es el modelo en el que se basan más cantidad de otros nuevos sistemas. USGBC es una organización sin fines de lucro, un grupo que incluye a todos los actores de la industria de la construcción: académicos, arquitectos, ingenieros, gobiernos, propietarios, fabricantes de productos y medioambientalistas. Los estándares son desarrollados por pequeños equipos de trabajo que logran consenso punto por punto. Gran parte del creciente crecimiento de la construcción ecológica se le debe atribuir a LEED, que ofreció un marco común, lenguaje y sistema de medición en un momento crucial. Este sistema de puntos ayuda a trasladar ideas abstractas sobre sostenibilidad a una lista de control de cualidades y diseño que puede dar forma a la interacción entre arquitectos e ingenieros, propietarios y constructores. El certificado para edificios es una homologación externa de que el diseño es ecológico. Ser un Profesional LEED Acreditado es una prueba de que uno domina los conceptos y metas del tema. Las seis categorías en las que se pueden ganar puntos LEED son: 

Lugares sostenibles: refiere al tamaño, situación geográfica y otros efectos del edificio sobre su entorno. Eficacia del agua: premia el uso pluvial del agua en interiores y exteriores.

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Energía y atmósfera: esta es la sección más detallada, cubre la instalación, control y monitoreo de los sistemas de calefacción y refrigeración, iluminación y otros equipos al igual que el uso de energía renovable. Materiales y recursos: remarca las estrategias medioambientales para el uso de materiales locales, renovables y reciclables, reduciendo el uso y alentando el reciclaje. Calidad del aire de interiores: se centra en la reducción de gases en interiores que puedan ser peligrosos y la incorporación de luz solar y aire fresco. Proceso de innovación y diseño: es un comodín que puede ser ganado por rendimiento ejemplar en alguna categoría o alguna técnica novedosa y eficaz.

Mientras que el sistema de categorización original se aplicaba solamente a las construcciones nuevas y fue diseñado pensando principalmente en torres para oficinas comerciales, LEED ha acrecentado tanto su popularidad y uso que se han creado nuevos sistemas de categorización especialmente para diferentes tipos de edificios. En la actualidad hay normas LEED para edificios ya existentes (centrados en la eficacia energética, mantenimiento y funcionamiento no tóxico), núcleo y exterior (muros exteriores y ventanas, sistemas eléctrico y fontanería), interiores comerciales (puertas y paredes, partes fijas de la iluminación y fontanería), viviendas (sólo para construcciones nuevas en su fase piloto) y desarrollo del entorno próximo (por ejemplo una zona de reurbanización). Incluso esto no alcanza para cubrir la amplia variedad de proyectos de construcción cuyos propietarios Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 24


quieren que obtengan la homologación LEED o lograr una categorización de plata, oro o platino. Hay también guías de aplicación que adaptan el sistema de puntos para el uso en alojamientos, campos, tiendas minoristas, instalaciones para el cuidado de la salud, laboratorios y escuelas. Al igual que cualquier industria joven, LEED se desarrolla rápidamente. La experiencia lograda en proyectos pilotos se usa para mejorar la versión siguiente de los estándares. Actualmente se está trabajando en la versión 3.0 que pretende evaluar el impacto medioambiental de un producto o material durante todo su ciclo de vida útil. Es una tarea tan importante como difícil y termine en lo que termine generará controversias. Pero una vez más, probando un marco, idioma y sistema de medición para el análisis del ciclo de vida útil, LEED alimenta las conversaciones y alienta el crecimiento del mercado.

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LEED evalúa en seis categorías: • Construcciones Nuevas (LEED-NC) • Edificios Existentes (LEED-EB) • Interiores de Edificios Comerciales (LEED-CI) • Núcleo y Envolvente (LEED-CS) • Viviendas (LEED-H) • Desarrollo de Barrios/Condominios (LEED-ND) Los edificios con mayores puntajes reciben bonos y premios (financiamiento y privilegios normativos principalmente) por parte de la administración para incentivar aún más la construcción sostenible.

Calidad

Emplaza-

Ambiental

mientos

Interior

Sostenibles

23%

22%

Materiales & Recursos

Eficiencia del

20% Energía & Atmósfera

Agua 8%

27%

Ejemplo de la distribución de los puntos LEED, en este caso LEED-NC, en cinco categorías de crédito LEED.

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7._Presentación del Caso: “ Pearl Tower” SOM

architects.

La Torre Pearl diseñada por SOM para su construcción en Guangzhou, China, incluye turbinas integradas de viento y paneles fotovoltaicos para compensar su uso de energía. La imagen de la izquierda es un modelo de Ecotect que demuestra la cantidad de radiación solar en las varias superficies de la torre.

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El estudio de arquitectura estadounidense SOM diseñó para la compañía China National Tobacco Corp una torre de 69 pisos y 303 metros de altura que se ubicará en la ciudad de Guangzhou, China. La torre ha sido creada utilizando una serie de conceptos mediante los cuales se pretende que esta produzca más energía de la que consume. El primer sistema en el que se han centrado los esfuerzos para la eficiencia energética en la torre es el de acondicionamiento climático. Los sistemas tradicionales de aire acondicionado consumen una gran cantidad de energía debido a que usan ventiladores para repartir el aire frio. La ventilación de la Pearl River Tower no necesita de ventiladores. La torre irá dotada de un sistema de enfriamiento de agua, que posteriormente será introducida a través de unos conductos dispuesto en la parte inferior de los forjados, sobre el techo de la planta inferior. Con este sistema se pretende conseguir un ciclo dentro del espacio útil del edificio que consiste en que el calor producido por sistemas y personas en el interior asciende a la parte alta de las plantas, entrando en contacto con los conductos de frio. Al enfriarse el aire volvería a descender, creando así un pequeño ciclo de convección que hace innecesario el movimiento del aire mecánicamente, con el consiguiente ahorro de energía. La fachada también está pensada según criterios sostenibles, haciendo uso de varios conceptos: orientación para obtener el máximo rendimiento de luz solar al día, elementos de fachada dotados de células fotovoltaicas para la captación de energía, cristales esmaltados y con cortinas integradas para proteger el edificio de temperaturas externas no deseadas, etc… La doble piel de vidrio proporciona un alto nivel de aislamiento que se traduce en eficiencia energética. Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 28


Las curvas descritas por la forma de la torre están pensadas para permitir la captación de viento a la máxima velocidad posible por las turbinas situadas en las dos plantas técnicas. La energía producida por estas turbinas puede ser usada directamente o almacenada en baterías para su uso posterior. La situación de las turbinas exclusivamente en dichas plantas técnicas se debe a la necesidad de que el posible ruido o vibraciones que puedan producir no afecte al confort de los usuarios de la torre, además de ser mas accesibles para mantenimiento. La torre cuenta además con células autónomas de generación eléctrica basadas en gas natural, con una eficiencia estimada de más del 50%. Se pretende con esto la generación de electricidad limpia y la no dependencia de redes externas. Para el desarrollo de los Modelos Digitales se utilizaron los siguientes Softwares: -

Ecotect, para calculo de la física del edificio y de iluminación de luz dia. Equest, para el calculo de energía total. Fluent FCD, para los análisis de vientos y radiación Virtual Enviroment, para los análisis de sombras.

La torre Pearl, al estar catalogada actualmente como el primer edificio que va a producir mas energía de la que gasta, se ve como un inminente candidato para obtener LEED platinium, llegando a ser uno de los edificios sustentables mas importantes del Mundo.

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_Estrategias de Sustentabilidad

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_ Imágenes del proceso de Modelado de Energía.

El Modelado de incidencia del sol y Sombras fueron hechas con el Sofware Ecotect y Virtual Enviroment.

Diagrama de incidencia de los Vientos sobre el Edificio

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A partir del Diagrama Anterior se opta por el uso de espacio para quitarle carga de resistencia al edificio a causa de los vientos y aprovechar esto para generar energía Eólica por medio de turbinas.

Software Fluent FCD midiendo la velocidad del Viento.

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Planta del Piso Mecánico, detallando las Turbinas de Viento.

Detalle Sección Piso mecánico, donde se encuentran las Turbinas.

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La Energía Solar es recolectada con la fachada de doble piel del edificio, esta es traspasada a los pisos mecánicos y usada para deshumidificar el edicifio, el estudio se realizo con el Software Ecotect.

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Mediante el Estudio Termico por los software Ecotect y Equest, se pudo optimizar el detalle por piso, en canto a flujos de aire, caliente y Frío.

Reflector de Luz día, detalle optimizado gracias al estudio previo hecho con el software Ecotect y Fluent FCD.

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Sistema de Energía Geotermal, para el uso de Calefacción y Ventilación del Edificio. El Analisis se hizo con el Software Equest.

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8._Conclusiones:

Esta investigación buscó entender el proceso que conlleva un diseño medioambientalmente eficiente, dándonos cuenta que en la actualidad existen nuevas herramientas digitales que pueden ser capaz de mejorar la etapa de diseño de un edificio bioclimático, estas herramientas son capaces de modelar la energía del edificio, sea esta ganancia o perdida, teniendo un paquete de softwares distintos que pueden hacer el estudio de energía, algunos mas eficientes en el tema de radiación solar, otros en la incidencia de vientos, etc. Lo que esta comenzando a ocurrir es que el arquitecto tiene una amplia gama de herramientas digitales para ver el uso eficiente de su diseño, él es el que puede elegir cual de todas estas herramientas usar y estas herramientas están haciendo aún mas fácil el camino, haciendo asociaciones estratégicas entre los softwares de modelamiento en tres dimensiones y los softwares de modelado de energía. Todos estos Sofwares a su vez están implicados en la plataforma de información BIM, donde el edificio progresivamente va ganando información y es ahí donde el tema de la eficiencia energética no podía quedar de lado y tenía que ser parte del acumulamiento de información BIM, donde ingenieros, arquitectos, dueños, etc, tengan claro el uso de energía de un proyecto. Es por lo mismo que me fue intrigante el entender que motivaciones se están realizando en el mundo por el tema sustentable, es aquí donde surgió el LEED, que cada vez se va tomando mas en cuenta por los

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arquitectos y se esta generando una plataforma completa, donde un proyecto desde el momento de ser concebido como una idea, va asociado a la plataforma BIM, ocupando los distintos paquetes de softwares de modelado en 3D, para luego pasar al modelado de energía, y una vez tenido todos los resultados, se lleve la documentación para ser estudiada por LEED, y según la aprobación de este el edificio será galardonado. Este proceso será cada vez mas solido, teniendo cada vez herramientas mas potentes, donde el proceso de diseño desde los comienzos irán acompañados de los modelados de energía en tiempo real pudiendo así optimizar los proyectos de arquitectura, tal como el caso estudiado de la Torre Pearl, proyectada por SOM, donde todo el proceso de diseño iba acompañado del modelado de energía por lo que ninguna decisión esta tomada a ciegas y donde la forma se ve netamente reflejada por las características ambientales de cada lugar. Por lo tanto el futuro prepara para los arquitectos la posibilidad de hacer cada vez mas edificios mas eficientes, generando enormes ahorros de dinero y sobretodo de energía, logrando una relación de asociación y respeto hacia el medioambiente.

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10_Glosario

BIM: (Building information Modeling) Es una base de datos tridimensional que hace un seguimiento de todos los elementos que componen un edificio. Plug in: Pequeño programa que añade alguna función a otro programa, habitualmente de mayor tamaño. Un programa puede tener uno o más conectores. HVAC: Heat- Ventilation, Air Conditioning. (calefaccionventilación, aire acondicionado) DOE: Software de simulación de Energía DOE-2: Software de simulación de energía cambiado de nombre por Energyplus. CFD: Computacional Fluid Dynamics, comprende el análisis de aquellos sistemas que presentan flujos de fluidos con o sin transmisión de calor, valiéndose de simulaciones basadas en cálculo numérico sobre computador GBS: Green Building Studio GbXML: Formato de información de cambio desarrollado por GBS IFC: Formato de Bentley USGBC: U.S. Green Building Council, entidad de gobierno de E.E.U.U. a cargo de los temas de edificios ecologicos. PDF: Portable Document Format, format de Adobe Reader.

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LEED: Leadership in Energy and Environmental Design. Sistema de evaluación a partir de los estándares existentes para edificios ecológicos XLM: eXtensible Markup Language (lenguaje de marcas extensible), es un metalenguaje extensible de etiquetas.

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11_Bibliografía:

buildingSMART Alliance National Institute of Building Sciences Washington, D.C. 202-289-7800 www.iai-na.org/bsmart/ Revit Architecture Autodesk, Inc. San Rafael, California 800-578-3375 usa.autodesk.com ArchiCAD GraphiSoft U.S., Inc. Newton, Massachusetts 617-485-4203 www.graphisoft.com/products/archicad/ac10/ MicroStation product line Bentley Systems, Inc. Exton, Pennsylvania 800-236-8539 www.bentley.com/en-us/products/microstation/ Virtual Environment IES Limited Cambridge, Massachusetts 617-621-1689 www.iesve.com Green Building Studio Santa Rosa, California 707-569-7373 www.greenbuildingstudio.com Hacia una Teoría de Diseño Digital /Cristóbal Letelier 41


EnergyPlus simulation software Office of Energy Efficiency and Renewable Energy U.S. Department of Energy Washington, D.C. 877-337-3463 www.eere.energy.gov/buildings/energyplus/ EcoTect (and the Weather Tool and the Solar Tool) Square One, Ltd. Joondalup, Australia 347-408-0704 www.squ1.com/products/ http://www.buildinggreen.com/auth/article.cfm?fileNa me=160501a.xml

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Diseño Digital Medioambiental  

Diseño Mediambiental asistido por sofwares y plataformas BIM.

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