Pearl River Tower

 

El  Pearl River Tower es un rascacielos de alto rendimiento que combina estrategias pasivas con alta tecnología energética.

Su diseño y estructura han sido desarollados por Skidmore, Owimgs and Merril, con Adrian D. Smith y Gordon Gill como arquitectos. La torre esta situada en Guanzhou (China) en el distrito de Tianhe, que se caracteriza por su alta contaminación y pobre calidad del aire. El clima de esta zona es subtropical, caliente y muy húmedo.

La construcción empezó en el año 2009 y terminó en el 2012, levantando un edificio de 310 m de altura con 71 plantas destinadas principalmente a oficinas. En total se construyeron 212.165 m².

La envolvente del edifico está diseñada para actuar energéticamente de la forma más eficiente, las fachadas norte y sur están curvadas. Dispone de aberturas en las plantas técnicas donde están situadas las turbinas que generan la energía eléctrica tanto de día como de noche. En las fachadas sur y este están situadas estratégicamente las placas fotovoltaicas.

 

Estrategias pasivas

Geometría del edificio

El edificio tiene diferentes pieles en función de la orientación, pensada para capturar la radiación solar de forma eficiente y controlada. La envolvente curva del edificio, situada enfrentándose a los vientos dominantes, está diseñada para aprovechar y controlar el viento que pasa por las turbinas situadas en las plantas técnicas.

Fachada de doble pared con acristalamiento de alto rendimiento

La fachada actúa como un regulador térmico

La torre está dotada de un sistema de enfriamiento de agua, que va por unos conductos por el falso techo. Con este sistema se consigue un ciclo dentro del espacio útil del edificio que consiste en que el calor producido por sistemas y personas en el interior ascienda a la parte alta de las plantas entrando en contacto con los conductos de frio, al enfriarse el aire vuelve a descender.

La doble fachada norte y sur tienen en su cara interior una persiana mecanizada que sirve de aislamiento y captura el calor entre las dos paredes, transfiriéndose este al falso suelo técnico que lo utilizará tanto para calefacción como en el sistema de deshumidificación que necesita el edificio para hacer frente al alto grado de humedad del aire de la ciudad.

La ventilación se realiza expulsando el aire caliente a la fachada norte que lo manda al exterior por medio del efecto chimenea.

El acristalamiento exterior es un vidrio templado de baja emisividad

 

Iluminación natural

El edificio y sus espacios están diseñados para una mayor captación y aprovechamiento de la luz natural

Estrategias activas

Climatización radiante

Estos sistemas funcionan con la circulación de agua fría o caliente y son diseñados para inducir el flujo de aire de la estancia para calentar o enfriar un espacio.

En los sistemas de refrigeración radiante, también conocidos como vigas frías, incorporan tubos en los falsos techos a través de los cuales fluye agua fría. Los tubos van sobre la superficie del techo o en paneles creando un ciclo en el espacio útil del edificio, que consiste en que el calor producido por los 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 vuelve a descender.

Sistemas inmóticos

Este edificio está dotado con sistemas inmóticos de ahorro energético que controlan los sistemas de climatización, iluminación y  equipamiento electrónico.

Sistema de recuperación de agua de condensación.

En esta zona de China el contenido de humedad del aire es muy alto, por lo que diseñaron para este edificio un sistema que controla la humedad interior y recupera el agua de condensación. Una vez filtrada, se utiliza para riego de plantas interiores y agua de descarga de los inodoros.

Sistema automatizado de celosías

Este sistema está programado para aprovechar al máximo la iluminación natural. Funciona de forma motorizada, controlado por células voltaicas que siguen al sol.

Energía solar fotovoltaica

Los paneles fotovoltaicos están integrados arquitectónicamente las zonas más aprovechables de la fachada sur, en el nivel de techo actuando también como sombra y en la fachada este. Están incorporados al sistema de celosía mecanizada.

Energía eólica

El grado de integración del sistema de energía eólica en el edificio es total, con un cuidado diseño aerodinámico y estético.

Este edificio posee cuatro turbinas eólicas de eje vertical situadas estratégicamente en las plantas técnicas a 1/3 y 2/3 de altura, de forma que no afectan al confort de los usuarios por posibles ruidos y vibraciones, y son accesibles para el mantenimiento.

 

 

El viento genera presión positiva en el lado de barlovento y presión negativa en el de sotavento, que gracias a la curvatura y al paso del aire a través de los huecos reducen la presión diferencial equilibrando las fuerzas del edificio por la carga de viento.

 

 

 

 

Instalación geotérmica en edificio de oficinas.

 

Edificio de oficinas situado en Madrid, sede corporativa de Fernandez Molina Obras y Servicios S.L. Este inmueble fue rehabilitado en el año 2009 eliminiando fachadas, particiones, instalaciones, acabados,  y aprovechando el 95% de la estructura y cubierta considerados de un gran potencial termoactivo.

Las estrategias activas de obtención y ahorro de energiía son:

• Captación solar difusa en cubierta mediante paneles termodinámicos que generan aire caliente y se incorporan al edificio a través de las unidades de tratamiento de aire.

 

•  Construcción del aparcamiento IPS Climpark.

 

 

• Generación de frio-calor por instalación geotérmica, combinando perforaciones geotérmicas  con cimentación termoactiva (pilotes geotérmicos). Se realiza mediante un sistema de captación cerrado vertical y la disipación frío/calor se produce a través de suelo radiante. El consumo estimado de climatización del edificio es 15 kWh/m2 año, para su obtención se utilizan dos bombas de calor geotérmicas de 25 kW.

 

La construcción del aparcamiento bajo rasante dió la posibilidad de aprovechar la pantalla de pilotes para realizar parte de la instalación geotérmica. Se ejecutaron 23 intercambiadores verticales de 10 m en los pilotes, que producen el 25% de la demanda del edicicio y se consiguió con este sistema una reducción del coste de obra de un 33%.
 

El 75% restante de demanda se consiguió con 6 intercambiadores verticales de 100 m de profundidad.

• 6 intercambiadores verticales de 100 ml: 600 ml x 50,8 w/ml = 30,48 kW. 
• 23 pilotes geotérmicos de superficie total 540 m2 x 38,46 w/m2 = 20,77 kW.

La temperatura del suelo oscila entre 14º en invierno y 26º en verano. El terreno arenoso compacto y las corrientes de agua a poca profundidad ha favorecido el sistema sobre todo en el aspecto de capacidad de refrigeración del terreno más crítico que el de calefacción.
 

 

                                                    Refrigeración                                          Calefacción

La masa de los forjados compuestos por doble vigueta de hormigón, bovedilla cerámica y capa de compresión de 5 cm, es usada como sistema inercial de acumulación o abasorción de energía. Sobre el forjado se han colocado tuberías de polietileno de alta densidad separadas 20 cm y cubiertas con hormigón termoconductor de 7 cm, consiguiendo una masa activada de unos 250 kg/m2.

 

Esquema de funcionamiento

La energía geotérmica aporta al mercado actual un sistema de climatización, eficiente, renovable y respetuoso con el medio ambiente. Este tipo de sistema inercial además de estar integrado totalmente, utiliza al máximo el intercambio geotérmico haciendo que se enfríen y calienten los forjados según las necesidades y transmitiendo con su inercia la energía acumulada. También hay que tener en cuenta el ahorro que se produce tanto en consumo, ya que se evitan periódicos picos de arranque de las bombas, como en construcción con el aprovechamiento del sistema de cimentación (pilotes energéticos o termoactivos).

La energía piezoeléctrica aplicada a suelos generadores de energía

El aprovechamiento de la energía ambiental que está constantemente disponible y es desperdiciada, como la energía que se genera por la deformación del suelo con el tránsito de personas, vehículos o vibraciones de las máquinas, es una fuente de energía renovable con alto potencial de aplicación. 

Las placas piezoeléctricas son una tecnología que permite generar energía eléctrica a partir de energía mecánica. Este fenómeno funciona de forma que al ser sometidos determinados cristales a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica en su masa, creándose una diferencia de potencial y apareciendo cargas eléctricas en su superficie. Por lo tanto esta tecnología permite convertir pisadas, saltos y pasos de las personas, vehículos y vibraciones, en energía eléctrica que se puede almacenar y utilizar para diferentes usos.

Están abiertas varias líneas de investigación y proyectos con sistemas piezoeléctricos.

La East Japan Railway Company ha instalado un pavimento piezoeléctrico para generación de energía eléctrica en el paso de torniquetes y puertas de entrada al metro. La superficie total utilizada en el sistema abarca aproximadamente 25 metros cuadrados y se estima una generación de energía de alrededor de 1400 kW por día.

La empresa Pavegen System ha diseñado una baldosa que recoge energía de las pisadas. Cuando se pisa se produce una flexión en su superficie de unos 5 mm, convirtiendo la energía cinética de la pisada en unos 5 o 7 W dependiendo de la deformación producida. La energía generada puede ser utilizada para aplicaciones de baja potencia no conectadas a la red eléctrica como instalaciones de iluminación LED, señalización y publicidad, también puede ser almacenada en las baterías instaladas en el propio elemento.

 

 

 

Se estima que la instalación de este tipo de baldosas, fabricadas con caucho 100% reciclado y hormigón polímero, pueden generar unos 20 kWh dependiendo del tránsito.

El Instituto de investigación Technion y posteriormente la empresa Innowatech, ha desarrollado sistemas piezoeléctricos para la obtención de energía tanto en tráfico de personas, como rodado y ferroviario.

 

El sistema de funcionamiento en tráfico rodado consiste en abrir unas zanjas e introducir una serie de elementos piezoeléctricos quedando su superficie a tres centímetros bajo el asfalto. De los generadores parten unos cables que conectan con unas baterías situadas fuera de la carretera de forma que la energía queda almacenada y puede ser utilizada para las necesidades locales o inyectarse en la red eléctrica. Los resultados de la prueba piloto que se hizo en una carretera Israelí fueron 2000 Wh de promedio por tramo, en cualquier caso suficiente para iluminar la carretera. La ampliación del proyecto a una longitud de un kilómetro a lo largo de un solo carril sería capaz de producir un promedio de 200 kWh por hora, electricidad suficiente para proveer para el consumo medio de entre 200 y 300 hogares en el caso que unos 600 camiones o autobuses viajaran de media a través de este tramo.

 

 

En el año 2010 el coste para una instalación de un kilómetro de un carril de la carretera se presupuestó en aproximadamente 650.000 dólares, aunque con una producción masiva, el precio podría bajar en dos tercios y ser más competitivos que los sistemas de energía solar.

Innowatech, a parte del sistema de obtención de energía por tráfico ferroviario, también ha desarrollado un sistema de monitorización ferroviario que permite proporcionar datos de alta precisión.

 

 

En la mayoría de los railes de todo el mundo se utilizan unas almohadillas de plástico ensambladas en los durmientes para reducir el impacto de las fluctuaciones durante el viaje en tren y al mismo tiempo reducir el ruido ambiental. El sistema que ha desarrollado Innowatech tiene un tamaño y geometría similar a la almohadilla original, de forma que una vez que el tren pasa por un pulso eléctrico se genera energía posible analizar y procesar.

 

El movimiento puede ser una fuente inagotable de energía, la implantación de estos sistemas a gran escala podrían dar beneficios energéticos y medioambientales de gran magnitud al ser un sistema que se puede consumir en el mismo lugar, sin necesidad de líneas de alta ni media tensión, tampoco ocupa espacio público ni altera el paisaje y funciona en toda clase de condiciones meteorológicas. El único inconveniente podría ser el coste de las reparaciones en los sistemas de tránsito rodado ya que la instalación en sí parece que requiere sistemas de mantenimiento muy bajos y tiene una duración de tres décadas que lo hacen rentable.



Edificio C-DdI SP3 ED70 Ciemat Moncloa Madrid.

El edificio C-DdI SP3-ED70 surgió como proyecto de construcción de un contendor-demostración de investigación en el Ciemat de Madrid. Está dotado con los elementos necesarios a para llevar a cabo su evaluación energética y extraer conclusiones útiles y comparables con las obtenidas en los otros cuatro contenedores de investigación construidos también dentro del Proyecto Singular Estratégico sobre Arquitectura bioclimática y Frio Solar en otras provincias.

 

Es una construcción de nueva planta que es prolongación de un edificio existente con el que tiene que integrarse. Esto hace que no sea posible cambiar la orientación por lo que los estudios a efectos bioclimáticos se han adaptado en función de las orientaciones de las fachadas que son sensiblemente Norte-Sur.

Tiene forma lineal y una superficie de 2047,30 m² que se distribuye en tres niveles más sótano, dedicándose la primera planta a oficinas y las dos restantes a laboratorios de biomedicina. En el sótano se ubican zonas de instalaciones generales y servicios de los laboratorios.

 

Su estructura es de hormigón armado y forjados aligerados también del mismo material.

Las fachadas son ventiladas compuestas por pared de ladrillo perforado de ½ pié de espesor, aislamiento exterior de lana de roca de diferentes espesores en función de la orientación y acabado exterior de placa cerámica.

 

La Cubierta invertida es transitable formada por capa separadora de fieltro sintético geotextil, una membrana impermeabilizante y terminación con losa Filtrón.

La estructura de la pérgola metálica tiene doble función, de soporte del sistema solar térmico y de sombreamiento.

 

Estrategias bioclimáticas

 

Pasivas

·        Aprovechamiento de la inercia térmica.

·        Ganancia directa a través de huecos acristalados.

·        Ganancia indirecta a través de opacos.

·        Acristalamiento selectivo por plantas y orientaciones

·        Diferentes espesores de aislamiento según orientación

·        Fachadas ventiladas.

·        Control solar en ventanas mediante parasoles que sirven, a su vez, de soporte del sistema solar fotovoltaico

·        Pérgola metálica, con doble función: sombreamiento de cubierta y soporte del campo solar térmico.

   

Activas

 

·        Campo solar térmico con 180 m² de superficie.

·        Campo solar fotovoltaico con potencia instalada de 5,7 kW

·      Frío solar mediante sistema de absorción. 4 máquinas de absorción de 40-80kW

·        Sistema de recuperación de calor de las plantas de laboratorios

·        Climatización por inductores

·        Sistema de regulación de iluminación en función de la luz natural

 

Energías renovables que se emplean y su grado de integración. S/CTE.

 

Las energías renovables utilizadas en este edificio son:

 

·        energía solar térmica

·        energía solar fotovoltaica

Energía solar térmica

 

 

El sistema de solar térmico está integrado arquitectónicamente en la pérgola de cubierta CTE (HE-4 2.1), Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de lo posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

El campo solar térmico instalado en la pérgola de la cubierta tiene una superficie de 180 m².

Según el CTE (HE4 3.2), una instalación solar térmica está constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transformarla directamente en energía térmica cediéndola a un fluido de trabajo y, por último almacenar dicha energía térmica de forma eficiente, bien en el mismo fluido de trabajo de los captadores, o bien transferirla a otro, para poder utilizarla después en los puntos de consumo. Dicho sistema se complementa con una producción de energía térmica por sistema convencional auxiliar que puede o no estar integrada dentro de la misma instalación.

Los sistemas que conforman la instalación solar térmica para agua caliente son los siguientes:

a)     un sistema de captación formado por los captadores solares, encargado de transformar la radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que circula por ellos;

b)     un sistema de acumulación constituido por uno o varios depósitos que almacenan el agua caliente hasta que se precisa su uso;

c)     un circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que se encarga de establecer el movimiento del fluido caliente hasta el sistema de acumulación;

d)     un sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía térmica captada desde el circuito de captadores, o circuito primario, al agua caliente que se consume;

e)     sistema de regulación y control que se encarga por un lado de asegurar el correcto funcionamiento del equipo para proporcionar la máxima energía solar térmica posible y, por otro, actúa como protección frente a la acción de múltiples factores como sobrecalentamientos del sistema, riesgos de congelaciones, etc; adicionalmente, se dispone de un equipo de energía convencional auxiliar que se utiliza para complementar la contribución solar suministrando la energía necesaria para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en los casos de escasa radiación solar o demanda superior al previsto.

 

Energía solar fotovoltaica

 

El sistema de solar fotovoltaico está integrado arquitectónicamente en la fachada y en los parasoles de las ventanas en zona sur. Según el CTE (HE-5 2.2 ), se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de lo posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

El campo solar fotovoltaico instalado tiene una potencia de 5,7 kW y aunque no tengo datos reales doy por supuesto que es una instalación solar fotovoltaica conectada a red.

El diseño de este edificio por sus usos de estudio llevaría en todo caso este tipo de instalación, aun así por estar integrado en un conjunto de edificios administrativos con más de 4000 m2 construidos, el CTE obligaría a la incorporación y transformación de energía por procedimientos fotovoltaicos (HS-5. 1.1 Ámbito de aplicación).

El CTE (HS-5 3.2.1) define que una instalación solar fotovoltaica conectada a red está constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, generando energía eléctrica en forma de corriente continua y adaptarla a las características que la hagan utilizable por los consumidores conectados a la red de distribución de corriente alterna. Este tipo de instalaciones fotovoltaicas trabajan en paralelo con el resto de los sistemas de generación que suministran a la red de distribución.

Los sistemas que conforman la instalación solar fotovoltaica conectada a la red son los siguientes:

• sistema generador fotovoltaico, compuesto de módulos que a su vez contienen un conjunto de elementos semiconductores conectados entre sí, denominados células, y que transforman la energía solar en energía eléctrica;
• inversor que transforma la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna de las mismas características que la de la red eléctrica; conjunto de protecciones, elementos de seguridad, de maniobra, de medida y auxiliares.