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Innovación y sostenibilidad en el diseño arquitectónico: una perspectiva sobre simulaciones energéticas y tecnologías emergentes

Por Dra. Isabel Méndez
Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Maestra en Administración de la Energía y sus Fuentes Renovables, y Arquitecta por el Tecnológico de Monterrey.

A lo largo de esta década, he observado cómo la adopción de prácticas sostenibles desde las etapas iniciales de diseño se ha convertido en una necesidad imperativa para el futuro de la arquitectura y la construcción. Por ejemplo, en la Universidad del Medio Ambiente tienen programas donde fomentan el uso de simulaciones energéticas durante la etapa de diseño para comprender cómo con propuestas de implementación de estrategias pasivas se puede promover un ahorro de energía.

En el Instituto de Materiales Avanzados para la Manufactura Sostenible, del Tecnológico de Monterrey, realizan investigación científica y aplicada, desarrollando e innovando en tecnologías para generar nuevos materiales y diseñar procesos de fabricación sostenibles.

De tal modo que el uso de simulaciones energéticas es una vía hacia la innovación y sostenibilidad que debemos explorar con urgencia. A pesar de la disponibilidad de tecnologías avanzadas, la adopción global de simulaciones energéticas en el diseño arquitectónico permanece en una encrucijada, en donde alrededor del 41% de firmas arquitectónicas estadounidense no usan modelado energético para mejorar sus proyectos. Esta resistencia al cambio es más pronunciada en países en desarrollo.

La importancia del diseño pasivo radica en su capacidad para aprovechar los elementos naturales -como la orientación solar, la ventilación natural y la inercia térmica– para minimizar el consumo energético en un 50% en comparación con los edificios convencionales. Los métodos de diseño basado en desempeño y simulaciones energéticas permiten explorar soluciones innovadoras, garantizando al mismo tiempo el cumplimiento de los requisitos de sostenibilidad.

La eficiencia energética no es un mero añadido de última hora; es un imperativo fundamental desde el momento en que se concibe un edificio. Tradicionalmente, la implementación de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) han sido la solución predilecta para alcanzar condiciones óptimas de confort interior. Sin embargo, estos sistemas son a menudo grandes consumidores de energía (alrededor del 60% del total del consumo de energía), contribuyendo significativamente a la huella de carbono. Aquí es donde el diseño pasivo se presenta como una estrategia esencial para minimizar la necesidad de climatización artificial sin perder el confort térmico.

La orientación del edificio, la selección de materiales, la distribución de espacios y la incorporación de elementos naturales de sombreado y ventilación pueden reducir drásticamente el consumo energético. Sin embargo, optimizar estos aspectos requiere una comprensión del comportamiento energético del edificio y del usuario, algo que las simulaciones energéticas y la inteligencia artificial (IA) pueden ofrecer. La IA puede explorar una amplia gama de configuraciones de diseño, evaluando miles de variables para identificar soluciones que optimicen tanto la eficiencia energética como el confort y la estética.

El Instituto Americano de Arquitectos (AIA) destaca cuatro tipos de modelado energético, cada uno adaptado a diferentes fases del proyecto, desde la conceptualización hasta la operación. Estos métodos son:

Modelado del Desempeño (DPM): Utiliza herramientas de simulación durante la etapa de diseño para predecir el desempeño energético del edificio.

Modelado Energético (BEM): Emplea programas especializados para simulaciones detalladas que predicen los consumos energéticos útiles para evaluar el desempeño y demostrar cumplimiento con códigos energéticos y sistemas de certificación.

Modelado del Funcionamiento (BOM): Se basa en modelos calibrados con datos reales para evaluar y mejorar el desempeño del edificio en operación, útil para protocolos de medición y verificación.

Modelado de los Recursos (PRM): Analiza de manera integral los recursos involucrados y afectados por el proyecto, relacionado estrechamente con el Análisis de Ciclo de Vida del edificio.

Además, el Modelado de Información para la Edificación (BIM) es un método de trabajo que centraliza toda la información de un proyecto en un modelo digital. BIM permite integrar y analizar la eficiencia energética de los edificios durante el proceso de diseño para predecir y optimizar el consumo energético.

Otra tecnología que está en continuo crecimiento es la realidad extendida, que incluye la realidad virtual, realidad aumentada, y realidad mixta. Al integrar XR en el proceso de diseño, los arquitectos y diseñadores pueden sumergirse virtualmente en sus creaciones, evaluando y ajustando en tiempo real la eficiencia energética, la iluminación natural, y la ventilación, entre otros aspectos.

En ese sentido, al combinar la realidad extendida con modelos como BIM, pueden dar pie a otra a los gemelos digitales (Digital Twins). Los gemelos digitales crean réplicas virtuales exactas de los edificios que se pueden monitorear y analizar en tiempo real. Estas tecnologías mejoran la precisión de las simulaciones energéticas y facilitan la toma de decisiones basadas en datos, garantizando que el diseño arquitectónico se optimice continuamente a lo largo de la vida útil del edificio.

Es por ello que la colaboración y el proceso integrado de diseño se presentan como soluciones clave para superar los métodos de trabajo tradicionales, promoviendo una sinergia entre todos los actores del proyecto. Esta colaboración se ve reforzada por tecnologías emergentes como la inteligencia artificial, la realidad extendida, gemelos digitales, que prometen revolucionar las simulaciones energéticas, haciéndolas más accesibles y eficientes.

Arquitectos, ingenieros, desarrolladores de software y legisladores debemos trabajar juntos para crear un marco que no solo incentive el uso de estas tecnologías, sino que también establezca estándares y prácticas sostenibles. Mi visión es un futuro donde cada edificio sea un testimonio de eficiencia energética y sostenibilidad. Donde las simulaciones energéticas centradas tanto en el usuario como en el edificio y el diseño pasivo sean la norma, no la excepción.

Este es un llamado a la acción para todos los profesionales y stakeholders en la industria de la construcción: es hora de promover el uso de simulaciones energéticas y tecnologías emergentes como pilares fundamentales en el diseño de nuestros futuros espacios habitables.

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