Muergueitio, Pilco
EL DESAFÍO DEL DISEÑO, LAS
ENERGÍAS
RENOVABLES Y LA
EFICIENCIA
EN EL CAMBIO DE LA MATRIZ ENERGÉTICA
John Martin Evans, Silvia de Schiller
Centro de Investigación Hábitat y Energía, Secretaría de Investigaciones.
Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo, Universidad de Buenos Aires
Ciudad Universitaria, Pabellón 3, Piso 4, C1428BFA, Buenos Aires, Argentina.
Tel. (+ 54 11) 4789-6274. E-mail: evansjmartin@gmail.com / sdeschiller@gmail.
R
esumen
El presente trabajo destaca la creciente necesidad de lograr eficiencia energética y el uso de los siste-
mas solares en el hábitat construido, enfatizando la adecuada integración de tecnologías para generar
energía de fuentes renovables de uso doméstico. Los edificios del sector público, especialmente para
salud y educación, pueden ser portadores y difusores de la aplicación de energía solar en arquitectura
y programas de eficiencia energética, tomando en consideración que el sector edilicio, requiere una
tercera parte de la demanda total de energía en países de la región. Resulta importante considerar
la transferencia de conocimientos a profesionales y capacitación de la población, a fin de lograr la
transformación del comportamiento social ante nuevos valores del uso de energía y la incorporación
de las renovables en el futuro inmediato. Es imprescindible, la modificación de la matriz energética,
que permita reducir la dependencia en combustibles fósiles no renovables, satisfaciendo la demanda
en climas templados y fríos con energía solar y con otras estrategias de diseño bioclimático en climas
cálidos, logrando sustentabilidad energética con bajo impacto ambiental. Se muestra la importancia
del sector y el potencial para lograr estrategias de eficiencia energética en edificios, y así obtener
beneficios económicos, ambientales y consecuentemente mejor calidad de vida.
Palabras claves: energías renovables, hábitat construido, eficiencia energética, matriz energética
A
bstract
The current work highlights the increasing need of achieving energy efficiency and effective integra-
tion of solar technologies into buildings, focusing on the need of achieving appropriate integration
of the technologies to provide hot water and generate renewable energy for household purposes,
particularly social housing. Public sector buildings, particularly those dedicated to health and educa-
tion, such as schools, universities, museums, libraries, hospitals and medical care buildings, can be
carriers and can broadcast both energy efficiency programs and solar energy applications on architec-
ture. It is vital to give priority to the knowledge transfer within professionals, as well as training the
population in order to involve the users in the transformation of the social behavior, due to the change
in energy consumption and the incorporation of renewable energy in the short-term.
Within this framework, the need of altering the energy matrix must be emphasized, by means of
decreasing the dependence on non-renewable fossil fuels. The energy demand from the construction
industry has a great influence on this change, because this sector requires one-third of energy demand
in the whole country. It is shown the importance of the sector and the potential for achieving a signifi-
cant reduction by using energy efficiency strategies on buildings and renewable energies, particularly
solar energy. This combination will allow to achieve significant economic, social and environmental
benefits, for both mild and cold climates. A decrease of demand for cold climates can be obtained by
Evans, Schiller.
using solar energy to heat water and provide heating, whereas bioclimatic design strategies can be
implemented for mild climates. As an example, we show the development of the Interdisciplinary
Master’s Degree in Energy, which started in 2011 at Buenos Aires University, within the framework
of energy efficiency with low environmental impact, increasing social participation and better quality
of life.
Keywords: renewable energy, built environment, energy efficiency, energy matrix
INTRODUCCIÓN
A nivel global, se evidencia una excesi-
va dependencia de energías fósiles, no
renovables y contaminantes, las cuales
alcanzan el 81% de la demanda mundial
de energía(1). Los países de Latinoamé-
rica también siguen esta tendencia, con
89% de dependencia en Argentina, 73%
en Venezuela y 77% en Ecuador. Aún en
Brasil, ya contando con un importante
aporte de energías renovables como hi-
droelectricidad, biomasa y biocombusti-
bles, la dependencia llega al 50%. Este
alto grado de dependencia no resulta
sustentable a mediano y largo plazo, y
representa una fuente de potencial ines-
tabilidad económica, social y ambiental
para la región.
En este sentido, se ha estimado relevan-
te considerar también el impacto de la
demanda de energía y la oferta de dis-
tintos recursos energéticos. La matriz
energética de Argentina, como en otros
países de la región, es resultado de este
balance entre oferta y demanda, de
modo que la oferta no es resultado de la
demanda, sino que ambas son variables
interdependientes, por lo tanto, al intro-
ducir medidas de eficiencia, se reduce la
demanda y disminuye también el aporte
de energía, mientras que una disponibi-
lidad abundante de ésta a precios accesi-
bles contribuye a aumentar la demanda.
Esta consideración, es vital en el campo
del uso de energía en el hábitat construi-
do, sector que presenta una importante
demanda, gran potencial para reducirla
mediante el diseño edilicio y medidas
de eficiencia, y con significativas opor-
tunidades de incorporar eficazmente las
energías renovables.
En la región, los edificios son responsables de una impor-
tante proporción de la demanda total de energía, aunque
la mayoría de la población no obtiene adecuados niveles
de confort térmico y habitabilidad, dada la combinación
del costo elevado de energía para calefacción o refrigera-
ción y el deficiente diseño de edificios, que no ofrecen la
posibilidad de lograr confort a costos accesibles.
La vivienda es, en este escenario, el principal usuario de
energía, seguido por los edificios de uso comercial (ofi-
cinas y comercios) y, finalmente, los edificios públicos
y de otros usos. Según el censo de 2010, en Argentina el
16% de las viviendas presentan características construc-
tivas deficientes, situación que dificulta el logro de con-
diciones ambientales dignas en sus interiores. A medida
que crecen las expectativas, aumenta el poder adquisitivo
de la población y la ampliación de redes de distribución
mejora el acceso a las fuentes de energía, la demanda de
energética de fuentes fósiles puede aumentar de forma
muy significativa.
En ese contexto, resulta importante considerar que el
hábitat construido presenta las siguientes características
particulares(2):
• La demanda de edificios residenciales, comerciales
y públicos representa más de una tercera parte de la
demanda total de energía en la mayoría de los países,
tanto desarrollados e industrializados, como en desa-
rrollo o de economías emergentes.
• La demanda es muy variable, debido a las importan-
tes variaciones horarias y estacionales, de modo que,
tanto la capacidad de generación como las redes de
distribución de energía, deben dimensionarse para sa-
tisfacer esta variación.
• Gran parte de esa demanda se destina al acondiciona-
miento térmico de edificios: calefacción, refrigeración
y ventilación, a lo cual se agrega el acondicionamien-
to lumínico, luz artificial.
• La demanda de acondicionamiento ambiental depen-
de en gran parte del diseño de los edificios, conside-
rando que presenta una importante y directa relación
con la morfología edilicia, la orientación de fachadas
y aberturas, el diseño de envolventes y tamaño de su-
Evans, Schiller.
perficies vidriadas, la selección de materiales, tipo de
vidrios y colores exteriores, así como del diseño de los
espacios exteriores y el uso de la vegetación.
• Los edificios tienen una larga vida útil si se los compa-
ra con el sector industrial y de transporte. Se conser-
va la mayoría de los edificios durante 50 años o más,
mientras la vida útil promedio de los vehículos es so-
lamente 10 años, excediendo rara vez los 20 años. La
vida útil de maquinarias industriales es similar o me-
nor.
• Mientras la eficiencia energética es preocupación de la
fabricación automotriz y de las ingenierías responsa-
bles del diseño e instalaciones de plantas industriales,
la eficiencia en el uso de energía en edificios no goza
de alta prioridad en su diseño.
A su vez, la planificación urbana y regional también in-
fluye en la demanda de energía para el sector transporte.
La promoción de transporte público, bicicletas y viajes
a pie, con menores impactos por pasajero-kilómetro, re-
quiere densidades apropiadas y designaciones de uso de
suelo que faciliten la relación trabajo-residencia-abaste-
cimiento-esparcimiento.
Las características del sector edilicio explican la impor-
tante demanda con baja eficiencia en el uso de los re-
cursos no renovables, y el gran potencial de reducir la
demanda sin afectar la calidad de vida de los ocupantes.
Esta reducción en la demanda, obtenida con medidas de
eficiencia, es posible mediante tres factores principales:
• Instalaciones eficientes con lámparas de bajo con-
sumo, así como calderas, calefactores y sistemas de
refrigeración eficientes.
• Manejo eficiente de las instalaciones por parte de los
usuarios, con el empleo efectivo de los electrodomés-
ticos, equipos y luces sin uso y ajustando o regulando
los termostatos para evitar desperdicios, mal uso y de-
rroche.
• Diseño eficiente de los edificios con formas, diseño
de envolventes y aberturas y características térmicas
de muros y techos que permitan optimizar el acondi-
cionamiento térmico natural y la iluminación natural.
Por lo anterior, el diseño apropiado de edificios es sin
duda la medida que logra la mayor disminución del con-
sumo, con mayor beneficio para los ocupantes y a menor
costo, siempre que se incorporen medidas de eficiencia
energética en las etapas de proyecto y construcción. La
modificación y mejora de edificios existentes, ya se trate
de acciones a incorporar en la etapa de
uso o de operación, resultan más com-
plejas y costosas.
Energías renovables y eficiencia
en edificios
La eficiencia energética en el diseño y
construcción de edificios constituye el
factor fundamental para la aplicación
de
energías renovables distribuidas. En
este trabajo se enfatiza el gran potencial
que presentan los sistemas de energías
renovables integradas en arquitectura,
tales como sistemas solares con colecto-
res para el calentamiento de agua, siste-
mas solares pasivos para calefacción en
climas fríos y, eventualmente, el uso de
paneles fotovoltaicos en edificios.
El uso de los distintos sistemas de ener-
gías renovables no debe ser considera-
do como el reemplazo de combustibles
fósiles por energía solar y eólica. Pri-
meramente, es importante reducir la de-
manda de energía a través de medidas de
eficiencia, y solo con una demanda con-
trolada se puede aportar una proporción
significativa de la demanda remanente
con energías renovables.
El Desafío 2030(3), desarrollado en Es-
tados Unidos y Canadá, es un ejemplo
de este enfoque donde se propone una
reducción progresiva de la demanda de
energía en edificios, combinada con un
aumento en el aporte de las energías
renovables a fin de lograr, para el año
2030, “edificios neutrales” en sus emi-
siones de carbono.
De esta forma, las emisiones anuales
netas de gases efecto invernadero (GEI)
resultan equivalentes a cero, es decir,
que son iguales a la absorción de gases
de la atmósfera. En una primera etapa,
se pueden incorporar energías renova-
bles para el calentamiento de agua.
Según las experiencias en climas tem-
plados de Argentina, los colectores pla-
nos pueden aportar más del 66% de la
demanda de energía para calentar agua,
con 4 a 6 meses sin necesidad de calor
auxiliar. La leña, u otro combustible
Evans, Schiller.
renovable, puede aportar la demanda
restante, especialmente con el uso de
artefactos eficientes y grifería de bajo
caudal. Sin embargo, el uso de energía
solar para calefacción es la medida de
mayor impacto debido a la gran deman-
da para desarrollar este “servicio ener-
gético”. En climas templados y fríos, los
sistemas solares pasivos pueden aportar
entre un 30% y un 50% de la demanda
requerida para este rubro, siempre que
sea controlada por la aplicación de me-
didas de eficiencia energética.
Estrategias bioclimáticas y diseño
Las medidas antes mencionadas se co-
rresponden de manera directa con las
estrategias de diseño que actúan com-
plementaria e integralmente en el de-
sarrollo de proyectos y en la puesta en
obra de los procesos constructivos, tales
como:
• Forma edilicia y compacidad de la
envolvente, particularmente impor-
tante en climas fríos, a fin de mini-
mizar la superficie de la envolvente
en contacto con el exterior. Sin em-
bargo, en climas cálidos y húmedos,
es necesario compatibilizar este re-
quisito con las estrategias de diseño,
principalmente en verano, a fin de
lograr ventilación natural con formas
edilicias abiertas y el uso directo de
los espacios exteriores.
• Integración de adecuadas capas de
aislantes térmicos en la envolvente
edilicia a fin de minimizar las pérdidas
de calor y lograr confort con menor
demanda de energía. Este requisito
puede implicar un cambio importan-
te en la tecnología de la construcción,
dado que muchos de los elemen- tos
constructivos convencionales no
ofrecen buenos niveles de aislación
térmica. Los materiales aislantes li-
vianos en capas de 50 mm a 100 mm
de espesor, permiten lograr muy baja
transmitancia térmica, reduciendo las
pérdidas de calor a solo 20% respecto
a las construcciones convencionales.
• Incorporación de materiales con elevada capaci-
dad térmica en el interior del edificio, como piedra,
ladrillos macizos, hormigón denso, revoques y ter-
minaciones cerámicas; ya que ello permite absorber
y almacenar calor de la energía solar y otras fuentes
durante el día, evitando excesivos aumentos de la tem-
peratura interior y restituir calor al interior durante la
noche, manteniendo así temperaturas nocturnas con-
fortables.
• Captación y control de energía solar mediante su-
perficies captadoras, principalmente ventanas orienta-
das para captar la radiación solar favorable, y aleros
fijos o protecciones ajustables para reducir el ingreso
de sol en periodos de calor o confort. Las superficies
de captación, seleccionadas por las características cli-
máticas, la geometría solar según latitud y las posi-
bilidades de integración arquitectónica pueden incluir
galerías vidriadas, patios techados con vidrio, inver-
naderos y muros acumuladores, también conocidos
como “muro Trombe-Michel”.
Latitud y Diseño
En latitudes mayores a 23° n y S, la orientación más
favorable es exactamente hacia el Ecuador, es decir, al
norte en el hemisferio sur y al sur en el hemisferio norte.
La variación de orientación puede llegar a 30º sin dismi-
nuciones significativas, aunque la orientación en planta
inclinada hacia el oeste puede captar excesiva radiación
estival en regiones con veranos calurosos. A medida que
la latitud aumenta, la altura del sol disminuye y se nece-
sita mayor distancia entre edificios y limitaciones en las
alturas de éstos, para asegurar un mínimo de 6 horas de
sol sobre las superficies receptoras. Estos requisitos de
carácter geométrico condicionan las densidades de zonas
urbanas donde se planifique el aprovechamiento de la
energía solar en el hábitat construido.
En bajas latitudes, comprendidas entre los trópicos (de
~23 N a ~23 S), con elevado ángulo de altura del sol al
mediodía, las superficies de captación más efectivas son
las fachadas este y oeste, y las cubiertas planas o de es-
casa pendiente; aunque los lucernarios o claraboyas en el
techo pueden sufrir excesiva radiación durante el día y
pérdidas de calor por convección ascendente a la noche.
Sin embargo, en climas fríos y de altura, la captación so-
lar en patios techados con vidrio puede ofrecer adecuadas
condiciones de confort en los locales adyacentes, si actúa
combinadamente con sistemas de ventilación y uso de
materiales densos de gran capacidad térmica para evitar
sobrecalentamiento. Alternativamente, algunos sistemas
activos, con un mínimo de energía auxiliar, pueden trans-
Evans, Schiller.
ferir el calor de los colectores en el techo hacia zonas
de almacenamiento en el piso con aire caliente mediante
ventiladores o agua caliente con bombas.
Clima y diseño
En climas cálidos, donde la demanda de calefacción es
muy reducida o inexistente, otros recursos de diseño son
necesarios para lograr confort sin demanda de energías
convencionales o con muy bajas demandas4. En estos
climas, donde las condiciones son relativamente confor-
tables o cálidas, se requiere adoptar los siguientes recur-
sos de diseño:
• Protección solar, especialmente en las fachadas este
y oeste.
• Control de ganancias internas, especialmente las
producidas por artefactos eléctricos, lámparas y elec-
trodomésticos energéticamente eficientes.
• Aprovechamiento y control de espacios exteriores
en periodos del año y horas del día cuando estos espa-
cios presentan condiciones de confort y características
variables de sol y sombra, que pueden extender el uso
de los espacios habitables en el exterior y en espacios
intermedios.
• Adecuada iluminación natural para reducir el uso
de iluminación artificial.
• Adecuada ventilación natural para reducir el uso de
ventilación artificial.
En este panorama, es relevante atender los recursos de
diseño según las condiciones climáticas.
En climas cálidos y húmedos, típicos de zonas ecuato-
riales de baja altura sobre el nivel del mar, el movimiento
de aire permite mejorar significativamente la sensación
de confort y bienestar:
• La ventilación cruzada, lograda con ventanas en fa-
chadas opuestas y plantas poco profundas, permite
promover corrientes de aire sensibles a nivel de las
personas.
• Los ventiladores de techo también son aconsejables
para lograr confort con mínimo uso de energía, com-
plementando la ventilación cruzada en momentos de
calma y requiriendo adecuadas alturas piso-techo.
• Vegetación y sombra en espacios exteriores, con gale-
rías, pórticos y patios, ofrecen espacios abiertos o inter-
medios con condiciones ambientales favorables, brin-
dando sombra y protección de las lluvias frecuentes.
• Espacios entre edificios, con dimensiones y propor-
ciones adecuadas, para permitir el movimiento de aire
y la proyección de sombra en secto-
res urbanos.
• Techos de color claro y con adecua-
dos espesores de capas aislantes para
reducir la transmisión de calor de las
superficies exteriores expuestas al
sol, hacia el ambiente interior.
En climas cálidos y secos, normalmente
a latitudes más alejadas del Ecuador, los
recursos de diseño difieren de los ante-
riores, adecuados para esos climas, por
ejemplo:
• Muros que incorporan gran capa-
cidad térmica, para reducir y demo-
rar la transmisión del paso de calor en
estos climas de gran amplitud térmi-
ca.
• Ventanas de tamaño controlado
para reducir el ingreso excesivo de
luz, facilitar la protección solar y evi-
tar el ingreso de aire caliente durante
el día.
• Techos de color claro con buena ais-
lación térmica.
• Patios con espacios controlados y
espacios exteriores que ofrecen lu-
gares con condiciones ambientales
favorables, protegidos de los vientos
cálidos con polvo, con sombra par-
cial y posibilidades de humidifica-
ción con vegetación.
Aún en climas extremos, donde es muy di-
fícil lograr confort con acondicionamiento
natural, sin instalaciones termo-mecáni-
cas, los recursos de diseño bioclimático
pueden reducir efectivamente el período
de uso de refrigeración y refrescamiento
artificial, y minimizar consecuentemente
la demanda de energía.
En la gran mayoría de los casos, el buen
diseño (o diseño adecuado y responsable
con el ambiente) puede eliminar la nece-
sidad de estas instalaciones, obteniendo
significativos beneficios económicos,
sociales y ambientales, particularmen-
te relevantes en el marco del desarrollo
sustentable.
Evans, Schiller.
La adopción de estas medidas permitiría
reducir en forma significativa la deman-
da de energía requerida para diversas
funciones de acondicionamiento eficien-
te de los edificios, con el consiguiente
ahorro de energía, minimización de la
dependencia energética y el impacto del
sector al ambiente, contribuyendo así a
modificar la matriz energética.
Desafío
La integración de sistemas de energías
renovables en arquitectura, en combina-
ción con medidas de eficiencia energéti-
ca, representa un gran desafío y una gran
oportunidad. Con diseños adecuados y
las tecnologías disponibles actualmen-
te, es posible reducir hasta un 50% de la
energía convencional utilizada en edifi-
cios residenciales para su acondiciona-
miento térmico y nivel de habitabilidad
y bienestar. En esta estimación no se ha
contemplado todavía el uso de instala-
ciones de paneles fotovoltaicos, tecno-
logía importada de alto costo.
Sin embargo, se considera necesario
preparar la producción del sector edili-
cio, basada particular y específicamente
en el fundamento y la implementación
de estos requisitos en el diseño de edi-
ficios a construir en los próximos años,
favoreciendo la integración de tecno-
logía fotovoltaica en el futuro cercano,
cuando los costos resulten más accesi-
bles para la mayoría de la población y
para las distintas aplicaciones, según
se desarrollen innovadoras políticas de
gobierno en los países de la región lati-
noamericana.
El desafío principal en este contexto ra-
dica fundamentalmente en modificar la
práctica convencional de proyectar y
construir edificios, con el propósito de
producir inmuebles de muy baja deman-
da de energía y alta calidad ambiental.
Todas las decisiones de diseño deben y
pueden considerar el impacto energético,
y asegurar la factibilidad de aprovechar
todas las oportunidades que contribuyan
a captar, proteger y manejar las energías naturales en el
proyecto en sus diversas escalas. A diferencia del pasado,
cuando la evolución y el mejoramiento de la construc-
ción eran resultado de un lento proceso de prueba y error,
ahora es posible acelerar el proceso de innovación sin los
riesgos del pasado.
CONCLUSIONES
El sector edilicio ofrece una valiosa oportunidad de redu-
cir la demanda de energía, especialmente la proveniente
de fuentes fósiles, y minimizar así los impactos ambien-
tales. Hoy se cuenta con importantes herramientas para
guiar las decisiones de los proyectos. Los programas de
computación y simulación numérica permiten predecir el
comportamiento y el desempeño del sol, la luz y el vien-
to en proyectos de arquitectura y urbanismo, pudiendo
diagnosticar la demanda de energía requerida para acon-
dicionamiento térmico y estimar las temperaturas interio-
res en edificios sin acondicionamiento artificial. En este
desafío, es importante tener en cuenta los condicionantes
que presentan la geometría solar y las condiciones am-
bientales, sociales y económicas en la producción edi-
licia, junto a los requisitos climáticos específicos de la
gran variedad de zonas que presenta la región. Las nor-
mativas constructivas y los códigos de desarrollo urbano;
la formulación de programas de vivienda, y la demos-
tración ejemplificadora de adoptar medidas de ahorro y
eficiencia en edificios públicos, particularmente los des-
tinados a educación y salud, e incorporar al sector priva-
do en esta innovación, plantean la necesidad de integrar
distintas líneas de acción en la transformación del hábitat
construido en el marco del desarrollo sustentable.
AGRADECIMIENTOS
El presente artículo responde a los trabajos llevados a
cabo en el marco del Proyecto de Investigación UBACyT
código 20020100100598: “Sustentabilidad en el hábitat
construido: la contribución de la eficiencia energética y
el uso de energías renovables en la transformación de la
matriz energética”, programación 2011-2014, con la di-
rección de los autores y la participación del equipo de
docentes e investigadores del CIHE, Mgr. Arq. Claudio
Delbene, Espec. Arq. Gabriela Casabianca, Dr. Arq. Da-
niel Kozak, Doctorandos Arqtos. Javier Sartorio y Susa-
na Muhlmann, y Arqtos. Ana María Compagnoni, Jorge
Marusic, María Verónica Snoj, Julian Evans, Juan Carlos
Patrone, Mariano Cabezón y Juan Ignacio Lolago.
Evans, Schiller.
R
eferencias
1. EIA. 2011. World Energy Outlook. U. S. Washington DC: Energy Information Administration.
2. Evans JM & De Schiller S. 1996. Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar. Buenos Aires: EU-
DEBA.
3. Architecture 2030. 2010. 2030 Implementation Guidelines, A Resource for Firms and Organiza-
tions adopting the 2030 Challenge. Disponible en http://architecture2030.org/files/2030Implementa-
tionGuidelines.pdf
4. Evans J. 2010. Sustentabilidad en Arquitectura. Buenos Aires: Consejo Profesional de Arquitectu-
ra y Urbanismo (CPAU).