Arquitectura Penitenciaria

Arq. Silvina Montoya

La arquitectura sustentable, también denominada arquitectura sostenible, arquitectura verde, eco-arquitectura y arquitectura ambientalmente consciente, es un modo de concebir el diseño arquitectónico de manera sustentable, buscando optimizar recursos naturales y sistemas de la edificación de tal modo que minimicen el impacto ambiental de los edificios sobre el medio ambiente y sus habitantes.

Los principios de la arquitectura sustentable incluyen:

  • La consideración de las condiciones climáticas, la hidrografía y los ecosistemas del entorno en que se construyen los edificios, para obtener el máximo rendimiento con el menor impacto.
  • La eficacia y moderación en el uso de materiales de construcción, primando los de bajo contenido energético frente a los de alto contenido energético.
  • La reducción del consumo de energía para calefacción, refrigeración, iluminación y otros equipamientos, cubriendo el resto de la demanda con fuentes de energía renovables.
  • La minimización del balance energético global de la edificación, abarcando las fases de diseño, construcción, utilización y final de su vida útil.
  • El cumplimiento de los requisitos de confort higrotérmico, salubridad, iluminación y habitabilidad de las edificaciones.

Así, el concepto del desarrollo sostenible, se basa en tres principios:

  • El análisis del ciclo de vida de los materiales;
  • El desarrollo del uso de materias primas y energías renovables;
  • La reducción de las cantidades de materiales y energía utilizados en la extracción de recursos naturales, su explotación y la destrucción o el reciclaje de los residuos.

En la Argentina, el concepto de arquitectura sustentable ha tenido un particular ímpetu en los últimos 20 años.

En 2009 se crea en la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad Nacional de La Plata (La Plata, Argentina) el Laboratorio de Arquitectura y Hábitat Sustentable - LAyHS a fin de realizar I+D en esta corriente de la arquitectura. En 2011 sus integrantes impulsan la creación de una carrera de Maestría y Especialización en Arquitectura y Hábitat Sustentable 6 que es aprobado en 2012 y acreditado por la Comisión Nacional de Evaluación y Acreditación Universitaria en 2014 e inicia su funcionamiento.

También en 2013 el CONICET de Argentina modifica el nombre de la histórica Comisión de Hábitat, que agrupaba investigadores y becarios doctorales arquitectos, ingenieros, sociólogos, antropólogos, psicólogos ambientales, físicos en energías renovables, por la denominación Comisión de Hábitat, Ciencias Ambientales y Sustentabilidad. De esta forma agrupa a otros investigadores provenientes de la biología, la agronomía, las ciencias exactas y naturales que buscaban agruparse en el creciente campo de conocimiento que trata la relación entre en hombre y la naturaleza.

Esto muestra la consolidación institucional que va alcanzando esta corriente de pensamiento en la arquitectura, junto al compromiso de los arquitectos en tomar consciencia del impacto ambiental que causa su ejercicio profesional en relación al cambio climático, su mitigación y adaptación.

Energía y arquitectura

La eficiencia energética es una de las principales metas de la arquitectura sustentable, aunque no la única. Los arquitectos utilizan diversas técnicas para reducir las necesidades energéticas de edificios mediante el ahorro de energía y para aumentar su capacidad de capturar la energía del sol o de generar su propia energía.

Entre estas estrategias de diseño sustentable se encuentran la calefacción solar activa y pasiva, el calentamiento solar de agua activo o pasivo, la generación eléctrica solar, la acumulación freática o la calefacción geotérmica, y más recientemente la incorporación en los edificios de generadores eólicos.

Las consideraciones especificadas se refieren tanto a aspectos concernientes a los materiales utilizados, tecnologías utilizadas para obtener una mayor eficiencia energética de la vivienda y las técnicas de construcción.

El impacto ambiental del diseño edilicio, su construcción y operación son enormes. Como ejemplo, los edificios en los Estados Unidos son responsables del 39 % de las emisiones de CO2, del 40 % del consumo de energía primaria, el 13 % del consumo de agua potable y el 15 % de PBI por año.

Calefacción eficiente

Los sistemas de climatización (ya sea calefacción, refrigeración o ambas) son un foco primario para la arquitectura sustentable porque son típicamente los que más energía consumen en los edificios. En un edificio solar pasivo el diseño permite que estos aprovechen la energía del sol eficientemente sin el uso de ciertos mecanismos especiales, como por ejemplo: células fotovoltaicas, paneles solares, colectores solares (calentamiento de agua, calefacción, refrigeración, piscinas), valorando el diseño de las ventanas. Estos mecanismos especiales se encuadran dentro de los denominados sistemas solares activos. Los edificios concebidos mediante el diseño solar pasivo incorporan la inercia térmica mediante el uso de materiales de construcción que permitan la acumulación del calor en su masa térmica como el hormigón, la mampostería de ladrillos comunes, la piedra, el adobe, la tapia, el suelo cemento, el agua, entre otros (caso muro Trombe-Michel). Además es necesario utilizar aislamiento térmico para conservar el calor acumulado durante un día soleado. Además, para minimizar la pérdida de calor se busca que los edificios sean compactos y se logra mediante una superficie de muros, techos y ventanas bajas respecto del volumen que contienen. Esto significa que los diseños muy abiertos de múltiples alas o con forma de espina deben ser evitados prefiriendo estructuras más compactas y centralizadas. Los edificios de alta compacidad tradicionales en los climas muy fríos son un buen modelo histórico para un edificio energéticamente eficiente.

Las ventanas se utilizan para maximizar la entrada de la luz y energía del sol al ambiente interior mientras se busca reducir al mínimo la pérdida de calor a través del cristal (un muy mal aislante térmico). En el hemisferio sur implica generalmente instalar mayor superficie vidriada al norte para captar el sol en invierno y restringir al máximo las superficies vidriadas al sur. Esta estrategia es adecuada en climas templados a muy fríos. En climas cálidos a tropicales se utilizan otras estrategias. El uso del doble vidriado hermético (DVH) reduce a la mitad las pérdidas de calor aunque su costo es sensiblemente más alto. Es recomendable plantar delante de las ventanas orientadas a los cuadrantes NO-N-NE, árboles de hojas caducas para bloquear el sol excesivo en verano y a su vez permitir el paso de la luz solar en invierno cuando desaparecen sus hojas. Las plantas perennes se plantan a menudo al sur del edificio para actuar como una barrera contra los fríos vientos del sur. Estas orientaciones son válidas para el hemisferio Sur, debiéndose invertir en el caso del Norte.

Enfriamiento eficiente

Cuando por condiciones particulares sea imposible el uso del refrescamiento pasivo, como por ejemplo, edificios en sectores urbanos muy densos en climas con veranos cálidos o con usos que implican una gran generación de calor en su interior (iluminación artificial, equipamiento electromecánico, personas y otros) será necesario el uso de sistemas de aire acondicionado. Dado que estos sistemas usualmente requieren el gasto de 4 unidades de energía para extraer 1 del interior del edificio, entonces es necesario utilizar fuertes y activas estrategias de diseño sustentable. Entre otras:

  • Adecuada protección solar en todas las superficies vidriadas.
  • Evitar el uso de vidriados en techos.
  • Buen aislamiento térmico en muros, techos y vidriados.
  • Concentrar los espacios de gran emisión de calor (ejemplo: computadoras, cocinas, etc.) y darles buena ventilación.
  • Sectorizar los espacios según usos.
  • Utilizar sistemas de aire acondicionado con certificación energética a fin de conocer cuan eficientes son.
  • Ventilar los edificios durante la noche.

Con esto se colaborará en reducir el calentamiento global y el agujero de ozono en la atmósfera.

Refrescamiento pasivo

Techo pirámide con acción combinada del Efecto Venturi y termodinámica del aire para ventilación pasiva de salón subterráneo para 500 personas, por Ibo Bonilla

En climas muy cálidos donde es necesario el refrescamiento el diseño solar pasivo también proporciona soluciones eficaces. Los materiales de construcción con gran masa térmica tienen la capacidad de conservar las temperaturas frescas de la noche a través del día. Para esto es necesario espesores en muros o techos que varían entre los 15 a 60 cm y así utilizar a la envolvente del edificio como un sistema de almacenamiento de calor. Es necesario prever una adecuada ventilación nocturna que barra la mayor superficie interna evitando la acumulación de calor diurno. Puede mejorarse significativamente la ventilación en el interior de los locales con la instalación de una chimenea solar

Durante el día la ventilación debe ser mínima. Así al estar más frescos los muros y techos tomarán calor corporal dando sensación de frescura.

En climas muy cálidos los edificios se diseñan para capturar y para encauzar los vientos existentes, particularmente los que provienen de fuentes cercanas de humedad como lagos o bosques. Muchas de estas estrategias valiosas son empleadas de cierta manera por la arquitectura tradicional de regiones cálidas.

Producción de energías alternativas en edificios

Las energías alternativas en la arquitectura implican el uso de dispositivos solares activos, tales como paneles fotovoltaicos o generadores eólicos que ayudan a proporcionar electricidad sustentable para cualquier uso. Si los techos tendrán pendientes hay que tratar de ubicarlas hacia el mediodía solar con una pendiente tal que optimice la captación de la energía solar a fin que los paneles fotovoltaicos generen con la eficacia máxima. Para conocer la pendiente óptima del panel fotovoltaico en invierno (cuando el día es más corto y la radiación solar más débil) hay que restar al valor de la latitud del lugar el ángulo de la altura del sol. La altura del astro la obtendremos de una carta solar. Se han construido edificios que incluso se mueven a través del día para seguir al sol. Los generadores eólicos se están utilizando cada vez más en zonas donde la velocidad del viento es suficiente con tamaños menores a 8 m de diámetro. Los sistemas de calefacción solar activos mediante agua cubren total o parcialmente las necesidades de calefacción a lo largo del año de una manera sustentable. Los edificios que utilizan una combinación de estos métodos alcanzan la meta más alta que consiste en una demanda de energía cero y en los 80s se denominaban autosuficientes. Una nueva tendencia consiste en generar energía y venderla a la red para lo cual es necesario contar con legislación específica, políticas de promoción de las energías renovables y programas de subsidios estatales. De esta forma se evitan los costos excesivos que representan los sistemas de acumulación de energía en edificios. Uno de los ejemplos más notables es la Academia de Mont-Cenis [27] [28] en Alemania de los arquitectos Jourda & Perroudin inaugurado en 1999.

Otras formas de generación de energía basadas en fuentes renovables son la energía solar térmica (para calefacción, agua caliente sanitaria y aire acondicionado), biomasa o incluso la geotérmica. Lo ideal para garantizar el suministro energético durante todo el año, bajo condiciones climáticas y ambientales cambiantes, es combinar las diferentes fuentes.

Reciclado energético

La alternativa más económica para conseguir un edificio energéticamente eficiente es incluyendo desde la fase de proyecto el tema. Pero es posible tomar un edificio existente y mediante una técnica denominada de reciclado energético conocida por su raíz anglosajona como retrofit17 dar al edificio un nuevo ciclo de vida sustentable.

Entre las primeras tareas se encuentra la de realizar una auditoría energética para conocer cuales son las entradas y salidas de energía al edificio como sistema, siempre buscando mantener el confort higrotérmico, la salubridad y la seguridad.

Implantación y emplazamiento

La localización del edificio es un aspecto central en la arquitectura sustentable y a menudo no es tenida muy en cuenta. Aunque muchos arquitectos ecologistas sugieren la localización de la vivienda u oficinas ideal en medio de la naturaleza o el bosque esto no siempre es lo más aconsejable; ya que resulta perjudicial para el ambiente natural. Primero, tales estructuras sirven a menudo como la última línea de atracción del suburbio de las ciudades y pueden generar una tensión que favorezca su crecimiento. En segundo lugar al estar aisladas aumentan el consumo de energía requerida para el transporte y conducen generalmente a emisiones innecesarias de gases de efecto invernadero. Debe buscarse una localización urbana o suburbana cercana a vías de comunicación buscando mejorar y fortalecer la zona. Esta es la actual tendencia del nuevo movimiento urbanista. Una cuidadosa zonificación mixta entre áreas industriales (limpias), comerciales, residenciales implica mejor accesibilidad para poder viajar a pie, en bicicleta, o usando el transporte público.

Materiales para edificios sustentables

Los productos pueden comunicar los impactos ambientales a lo largo de su ciclo de vida sobre la base de una serie de categorías de impacto definidas en la Norma Internacional ISO 14025 a través una Declaración ambiental de producto (DAP). Las DAP son un tipo de Etiquetas ecológicas definidas en normas internacionales ISO (Organización Internacional de Normalización). Las categorías de impacto incluidas, basadas en un análisis de ciclo de vida, hacen referencia entre otros parámetros al agotamiento de recursos o el potencial de calentamiento global. A nivel europeo se cuenta con una norma marco para DAP, la EN 15804, emitida por el Comité Europeo de Normalización (CEN). Ambas normas se encuentran publicadas en español por AENOR.

Las DAP se verifican a través de un Administrador de Programa. En Europa ECO Platform22 aglutina a los principales Administradores de verificación de DAP. En España, los Administradores de Programas son el Colegio de Aparejadores, Arquitectos Técnicos e Ingenieros de Edificación de Barcelona, que emite DAP bajo la denominación DAPcons23 y AENOR, que emite DAP bajo la denominación GlobalEPD .

La evaluación a nivel de edificios basada en Declaraciones ambientales puede hacerse con base en la Norma Europea EN 15978, también emitida por CEN y que emplea la misma estructura modular para definir las distintas etapas de la vida del edificio que la empleada en la norma europea de DAP (EN 15804).

Los materiales adecuados para su uso en edificios sustentables deben poseer características tales como bajo contenido energético, baja emisión de gases de efecto invernadero como CO2 - NOx - SOx - material particulado, ser reciclados, contener el mayor porcentaje de materiales de reutilización, entre otros. La industria de la construcción consume el 50 % de todos los recursos mundiales y se convierte en la actividad menos sostenible del planeta. En el caso de maderas evitar las provenientes de bosques nativos y utilizar las maderas de cultivos como el pino, el eucaliptus entre otras especies. Entre los materiales usados en la construcción que más energía propia poseen se encuentran el aluminio primario (215 MJ/kg), el aluminio comercial con 30 % reciclado (160 MJ/kg), el neopreno (120 MJ/kg), las pinturas y barnices sintéticos (100 MJ/kg), el poliestireno sea expandido o extruido (100 MJ/kg) y el cobre primario (90 MJ/kg), junto a los poliuretanos, los polipropilenos y el policloruro de vinilo PVC.

Manejo de residuos

La separación de residuos facilita su reciclaje posterior y es usual separar vidrio, metal, plástico y orgánico.

La arquitectura sustentable se centra en el uso y tratamiento de los residuos en el sitio, incorporando cosas tales como sistemas de tratamiento de aguas grises mediante filtros y estabilización biológica con juncos y otras variedades vegetales acuáticas. Estos métodos, cuando están combinados con la producción de compost a partir de basura orgánica, la separación de la basura, pueden ayudar a reducir al mínimo la producción de desechos en una casa.Passive House scheme 1 multilingual.svg

Reciclado de estructuras y materiales

Una cierta arquitectura sustentable incorpora materiales reciclados o de segunda mano. La reducción del uso de materiales nuevos genera una reducción en el uso de la energía propia de cada material en su proceso de fabricación. Los arquitectos sustentables tratan de adaptar viejas estructuras y construcciones para responder a nuevas necesidades y de ese modo evitar en lo posible construcciones que partan de cero.

Materiales reciclados

Entre los materiales posibles de reciclar se encuentran:

  • la mampostería en la forma de escombro triturado para hacer contrapisos o pozos romanos
  • maderas de diversas escuadrías de techos, paneles y pisos.
  • hormigón de pavimentos, que se vuelve a triturar y usar en estructuras de menor compromiso de cargas.
  • puertas, ventanas y otras aberturas.
  • aislantes termoacústicos.
  • mayólicas y otros revestimientos cerámicos.
  • cañerías metálicas.
  • cubiertas de chapa para cercos de obra.
  • hierro estructural para obras menores.
  • rejas.

En países no desarrollados es usual que haya una gran recuperación de demoliciones y sitios donde se concentran estos productos para su posterior reutilización.

Arquitectura y sostenibilidad social

La arquitectura genera un gran impacto social en la población y son necesarios buenos ejemplos en cada comunidad local para mostrar a la sociedad los caminos a seguir. En cada cultura en el tiempo surgieron nuevos tipos edificatorios pero solo algunos se convirtieron en modelos para ser repetidos por la sociedad.

El primer modelo de concepto fue realizado por el arquitecto George Fred Keck en 1933 para la Exposición Universal de Chicago y fue llamada la Casa del mañana (House of Tomorrow). Hacia 1940, Keck construye para el empresario inmobiliario Howard Sloan en Glenview, Illinois una casa solar pasiva que fue llamada "Casa solar" por el diario Chicago Tribune, y es el primer uso del término.

En el campo experimental, los primeros desarrollos sistemáticos se aglutinaron en lo que se dio en denominar "Lista de edificios solares pioneros" que muestra una producción continua por parte del mundo académico desde 1939 cuando se construyera en Míchigan la Casa solar MIT #1 por parte de H.C. Hottel del Masachusset Institute of Technologies - MIT.

Mientras en los Estados Unidos son usuales las casas de construcción liviana (100 a 150 kg/m²), en América del Sur son mayoritariamente de construcción pesada (>150 kg/m²). Los materiales y modos de construcción son diferentes probablemente por la cultura que trajo cada tipo edificatorio. Dado que los cambios en las costumbres no son sencillos, se requieren de enormes esfuerzos para generar alternativas válidas que sean adoptadas por la sociedad.

Aquí entran conceptos tales como cuál es el costo inicial de un edificio, cual es el costo a lo largo de su vida útil (estimada en 30 a 50 años), la Vulnerabilidad de las edificaciones y el análisis de riesgo, ¿puede una familia o una sociedad pagar dichos costos? ¿Puede afrontarse el costo ambiental? Son todas preguntas que cada sociedad local debe responder y la dirigencia debe dar respuestas adecuadas y sustentables.

Certificación, calificación y etiquetado ambiental edilicio

«El sector de la vivienda y de los servicios (compuesto en su mayoría por edificios), absorbe más del 40 % del consumo final de energía en la Comunidad Económica Europea. Se encuentra además en fase de expansión, que hará aumentar el consumo de energía...»32 En el caso de países con menor nivel de industrialización y alta urbanización puede alcanzar hasta el 50 % del consumo final de energía primaria.

Estas afirmaciones pueden encontrarse en gran cantidad de directivas y reglamentaciones que priorizan la necesidad de reducir el consumo energético del sector edificación, tanto para avanzar en el cumplimiento de los compromisos ambientales (protocolo de Kyoto) como para reducir la dependencia energética de combustibles fósiles o fuentes de energía convencionales.

Casos:

  • la Directiva 93/76/CEE,
  • en El Libro Verde de la UE (Hacia una estrategia para la seguridad de suministro energético en la UE, 2000),
  • la Directiva 2002/91/CE,
  • la Directiva de eficiencia energética en edificios,
  • el Código Técnico de la Edificación (CTE), y su Registro de certificaciones ambientales de producto33 , España
  • la Certificación Energética (CALENER), España
  • el Informe de evaluación del edificio, España
  • el Etiquetado tipo III GlobalEPD, España
  • el Etiquetado energético en Alemania
  • el Etiquetado energético en Francia HQE
  • el Etiquetado energético en USA. Certificado LEED - Leadership in Energy and Environmental Design.
  • el BRE Environmental Assessment Method en Reino Unido [31]
  • el concepto Embodied Energy
  • el Programa LIDER
  • el proyecto de Etiquetado Energético para la UE: Proyecto PREDAC (Promoting Actions for Renewable Energies)
  • la Certificación Passiv Haus, Alemania.
  • la Certificación Plus Energie Haus, Alemania.
  • la Regulación energética edilicia en Argentina y el Etiquetado energético de edificios.
  • la Plataforma Edificación Passivhaus de España PEP
  • la Ley 13059/03 de la Provincia de Buenos Aires y su Decreto Reglamentario 1030/10, Argentina.
  • la Ley 4458/12 de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina.
  • el Código de Edificación de la Ciudad de Rosario, Argentina.

Uno de los motivos que pueden justificar el escaso debate sobre los procesos de regulación y certificación energética de viviendas en casi todo el mundo es la elevada complejidad técnica del sistema edificio desde un punto de vista energético. Esto sin duda ha alejado al resto de sectores sociales del debate destinado a definir los procedimientos a seguir para implementar las Directivas citadas (Caso UE).

Sin embargo, en el sector de la edificación, tal y como han mostrado las experiencias en muchos países europeos, es fundamental la aceptación de distintos sectores de la sociedad para que una herramienta como la certificación energética tenga alguna utilidad. Un inicio es que estas certificaciones sean voluntarias hasta que logre impactar al mercado inmobiliario.