Casa Pasiva, energía renovable y gemelo digital: la respuesta a emergencias climáticas
La casa pasiva es un edificio diseñado para tener un bajo consumo energético. Aprende cómo los gemelos digitales apoyan el diseño de estos edificios sostenibles para abordar los desafíos climáticos actuales.
En el contexto de la emergencia climática que está dando forma a nuestro mundo, la necesidad de adoptar prácticas de diseño sostenible se ha vuelto crucial. Con el aumento del calentamiento global y la urgente necesidad de reducir las emisiones de carbono, la industria de la construcción está evolucionando hacia soluciones innovadoras y responsables. En este escenario, las casas pasivas (passivhaus) surgen como pioneras de la sostenibilidad, representando el futuro tangible del diseño ecológico.
Por lo tanto, como resultado, la demanda de esta forma avanzada de diseño sostenible está en constante crecimiento. Esto conlleva un aumento en la demanda de arquitectos, ingenieros y técnicos especializados en el diseño e implementación de este tipo de soluciones. Sin embargo, para abordar la creciente demanda de trabajo en el diseño de casas pasivas y edificios sostenibles, es necesario acelerar la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías. En este contexto, el Digital Twin (o gemelo digital) puede ser un recurso importante para todos los profesionales. Puedes comenzar a explorar las posibilidades de esta tecnología de forma gratuita utilizando un programa de gemelo digital.
En este artículo, nos enfocaremos en el concepto de la casa pasiva y el gemelo digital. Además, exploraremos cómo esta última tecnología ayuda a los técnicos en el diseño de este tipo de estructuras.
Interfaz de software para crear un gemelo digital – usBIM
¿Qué es una casa pasiva?
Una casa pasiva es una vivienda extremadamente eficiente desde el punto de vista energético, diseñada para minimizar el consumo de energía en calefacción, refrigeración y ventilación. Estas casas se construyen según rigurosos estándares que buscan lograr un equilibrio energético casi neutro.
Los elementos que caracterizan una casa pasiva son:
- Aislamiento térmico excepcional: las paredes, los suelos y los techos de una casa pasiva están extremadamente bien aislados para evitar la pérdida de calor en invierno y el sobrecalentamiento en verano. Se utilizan materiales aislantes de alta calidad para minimizar la transferencia de calor a través de las superficies del edificio;
- Carpintería y vidrios altamente eficientes en términos energéticos: las ventanas y las puertas cuentan con vidrios dobles o triples, a menudo con recubrimientos especiales de baja emisividad, que evitan la fuga de calor y reducen la entrada de radiación solar no deseada;
- Sistemas de ventilación controlada: un sistema de ventilación mecánica controlada (VMC) garantiza un constante intercambio de aire sin una pérdida excesiva de calor. Este sistema recupera el calor del aire agotado, contribuyendo al calentamiento del aire fresco que ingresa desde el exterior;
- Ausencia de puentes térmicos: los puentes térmicos, que son áreas donde se interrumpe el aislamiento, se eliminan o reducen al mínimo. Esto previene la pérdida de calor a través de puntos débiles en la estructura del edificio;
- Diseño orientado al sol: la disposición de los elementos arquitectónicos y las ventanas se estudia cuidadosamente para aprovechar al máximo la energía solar. Esto puede contribuir al calentamiento pasivo durante el invierno.
El papel crucial de las energías renovables en las casas pasivas
Las casas pasivas representan un hito en la «arquitectura sostenible». Estas se comprometen a minimizar el consumo de energía a través de un enfoque inteligente en el diseño y la eficiencia. Sin embargo, los elementos de construcción de una casa pasiva por sí solos no son suficientes para satisfacer completamente las necesidades energéticas de la vivienda.
Por lo tanto, es esencial integrar fuentes de energía renovable procedentes de recursos naturales como el sol, la tierra, el agua y el suelo. Además, típicamente, en el diseño de una casa pasiva se considera la posibilidad de un techo con un sistema fotovoltaico capaz de aprovechar la energía solar para producir agua caliente para uso sanitario y calefacción interior.
Por otro lado, se puede optar por la instalación de un techo verde para mejorar el aislamiento térmico y acústico del edificio. En el caso de una casa pasiva con jardín, se puede aprovechar la energía geotérmica a través de un sistema de bomba de calor tierra-agua conectado a sondas en el suelo. Estas sondas capturan el calor del suelo y lo transfieren a los paneles radiantes dentro de la casa, garantizando una calefacción eficiente y sostenible. Durante el verano, el proceso se invierte el proceso. Es decir, la frescura del suelo se dirige desde los paneles hacia las sondas, contribuyendo a mantener un clima fresco y confortable en toda la vivienda.
En conclusión, mediante la combinación adecuada de diseño avanzado y tecnologías de energía renovable, el diseño de casas pasivas puede reducir el impacto ambiental y ofrecer un entorno de vida sostenible y cómodo para sus habitantes.
Ventajas de las casas pasivas
Una casa pasiva representa el futuro de la construcción sostenible. Gracias a la adopción de tecnologías innovadoras y un diseño cuidadoso, estas casas ofrecen un enfoque de vida que es tanto ecológico como económicamente conveniente. Los beneficios de la construcción de casas pasivas son numerosos, incluyendo:
- Alta eficiencia energética: reducen drásticamente el consumo de energía para calefacción y refrigeración, lo que lleva a ahorros significativos a largo plazo;
- Mayor comodidad: garantizan una comodidad térmica constante y una mejor calidad del aire interior gracias a los sistemas de ventilación controlada;
- Reducción de las emisiones de CO2: contribuyen a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero debido a la menor dependencia de fuentes de energía tradicionales;
- Sostenibilidad ambiental: fomentan la conservación de los recursos naturales y la sostenibilidad ambiental a través del uso de materiales ecológicos y la adopción de prácticas constructivas responsables.
¿Qué es un gemelo digital?
El concepto de gemelo digital (Digital Twin) ha ganado una atención significativa y aplicación práctica en varios sectores, incluida la construcción. Este surge como una tecnología fundamental en la era digital contemporánea. Pero, ¿qué se entiende exactamente por «gemelo digital»?
Un gemelo digital es una representación virtual, un modelo digital que actúa como un espejo de su contraparte física. Este proporciona una vista dinámica y en tiempo real de un objeto, proceso o sistema. Además, el modelo no es estático ni se limita a una simple réplica visual. En cambio, se alimenta y se actualiza constantemente con datos de diversas fuentes, como sensores, dispositivos IoT y plataformas de monitoreo, creando una imagen digital que refleja y simula el estado actual y las condiciones operativas de la entidad física.
La implementación de un gemelo digital en el sector de la construcción no se limita a la fase de diseño o construcción, sino que se extiende a lo largo de todo el ciclo de vida del objeto físico, desde su concepción hasta su demolición. La información detallada y actualizada proporcionada por el gemelo digital ayuda a los usuarios a:
- monitorear el rendimiento,
- prever e identificar posibles problemas
- optimizar el mantenimiento y la gestión del objeto físico.
Además, el gemelo digital no es una entidad aislada, sino que tiene la capacidad de crear un puente digital que conecta datos, procesos y personas. Esto facilita un flujo de información bidireccional y permite una interacción dinámica entre el objeto físico y su modelo digital. El gemelo digital se convierte, por lo tanto, en un punto de verdad único «a single point of truth» que ofrece una fuente confiable y coherente de información en la que basar decisiones informadas y estrategias operativas.
Gemelo digital de un edificio: datos e información
Creación y Funcionamiento de un Gemelo Digital
La creación de un gemelo digital comienza con la construcción de un modelo digital preciso del objeto físico o del sistema en cuestión. Esto va más allá de ser una simple réplica visual, ya que implica la inclusión de una serie de datos que permite reflejar y simular el comportamiento y las condiciones de la entidad real en un entorno virtual. La creación del gemelo digital puede aprovechar diversas tecnologías y metodologías. Una de ellas es la fotogrametría terrestre, que utiliza fotografías y mediciones de referencia para crear modelos precisos y detallados. Otra es el uso de modelos 3D, que a menudo son generados a través de plataformas de modelado BIM en el contexto de la construcción.
Por otro lado, el funcionamiento del gemelo digital está estrechamente relacionado con su capacidad para simular, analizar y predecir el comportamiento del objeto físico. Esto proporciona a los usuarios una forma de llevar a cabo experimentos, probar escenarios hipotéticos y tomar decisiones sin interferir con el objeto real. Además, todo es posible mediante el uso de motores de simulación avanzados y tecnologías de renderización que permiten visualizar e interactuar con el entorno virtual de manera realista y detallada.
Sin embargo, la creación y gestión de un gemelo digital requieren una comprensión profunda y la integración de diversas tecnologías y disciplinas. Entre ellas el IoT, la Inteligencia Artificial (AI), el Machine Learning (ML) y el Análisis de Datos. Estos convergen para proporcionar un modelo digital que no solo replica, sino que también enriquece la realidad física con ideas y funcionalidades avanzadas.
Integración con Datos y IoT
Una de las características fundamentales del gemelo digital es su capacidad para integrar datos procedentes de diversas fuentes. Esto permite crear un modelo que no solo es representativo, sino también dinámico y reactivo a las variaciones en el estado del objeto físico. Los datos pueden provenir de sensores, dispositivos IoT y otras plataformas de monitoreo que proporcionan información en tiempo real sobre el estado, las condiciones y el rendimiento del objeto físico.
El Internet of Things (IoT) desempeña un papel crucial en este contexto, facilitando la recopilación, transmisión y recepción de datos entre el Gemelo Digital y el objeto físico. Los sensores y dispositivos IoT instalados en el objeto físico recopilan datos sobre diversos parámetros y los transmiten al gemelo digital. Luego, se utiliza esta información para actualizar el modelo y reflejar las condiciones actuales del objeto real. Esta continua integración de datos permite que el gemelo digital funcione como un «punto único de verdad», ofreciendo una vista coherente, precisa y oportuna del objeto o sistema en cuestión.
Además, la integración de datos en el gemelo digital no se limita a la mera recopilación y visualización de información. Los datos se analizan, interpretan y utilizan para alimentar simulaciones, prever tendencias e identificar posibles problemas o áreas de optimización. De esta manera, fomentan una gestión proactiva basada en datos del objeto físico.
Realidad Virtual y Aumentada en el Gemelo Digital
La Realidad Virtual (VR) y la Realidad Aumentada (AR) son tecnologías que permiten a los usuarios sumergirse e interactuar con entornos virtuales o superponer elementos virtuales al mundo real. En el contexto del gemelo digital, la VR y la AR ofrecen oportunidades únicas para visualizar, explorar e interactuar con el modelo digital de manera intuitiva y atractiva:
- Visualización Inmersiva: la VR permite a los usuarios explorar de manera inmersiva el entorno digital del gemelo digital, ofreciendo una comprensión más profunda e intuitiva de la estructura y dinámica del objeto físico;
- Interacción Avanzada: la AR permite superponer el gemelo digital al mundo real, proporcionando información y datos en tiempo real mientras se interactúa con el objeto físico. Esto facilita operaciones como mantenimiento, inspección y formación;
- Simulación y Experimentación: la VR y la AR permiten simular diversos escenarios y condiciones en el gemelo digital. A demás, es posible probar y experimentar estrategias y soluciones en un entorno virtual seguro antes de implementarlas en el mundo real.
Cómo el gemelo digital apoya el diseño de una casa pasiva
El gemelo digital puede representar una innovación revolucionaria en la construcción sostenible, ya que ofrece una visión completa y detallada del rendimiento de los edificios. El futuro del diseño de casas pasivas eficientes y altamente confortables sin duda radica en el uso de esta tecnología.
Por lo tanto, si tienes la intención de aprovechar la creciente demanda de soluciones sostenibles y de bajo impacto ambiental para abordar la creciente crisis ambiental, te recomiendo que comiences a explorar el uso de un software para gemelos digitales y experimentes por ti mismo los beneficios que puede ofrecer a través de:
- la creación de entornos virtuales;
- la simulación e interacción realista;
- la toma de decisiones basada en datos.
Creación de Entornos Virtuales
La creación de entornos virtuales en el gemelo digital va más allá de la simple modelación 3D del objeto físico. Se trata de construir un ecosistema digital que refleje no solo la forma y la estructura del objeto, sino también sus funcionalidades, dinámicas operativas e interacciones con otros objetos o el entorno circundante.
La creación de entornos virtuales dentro del gemelo digital desempeña un papel crucial en el diseño de casas pasivas, ya que permite lograr un modelado altamente detallado. De hecho, el entorno virtual en el gemelo digital se modela con un alto grado de precisión para garantizar que refleje con detalle el objeto físico y sus características. En estos entornos virtuales, es posible experimentar con el diseño de espacios interiores y exteriores del edificio. Esto incluye la optimización de la disposición de las habitaciones, ventanas y divisiones de paredes para maximizar la iluminación natural, mejorar la circulación del aire y reducir la necesidad de iluminación artificial y calefacción/refrigeración excesivas. Además, se pueden probar diferentes opciones de materiales de construcción para evaluar su impacto ambiental y su eficacia en el aislamiento térmico.
Simulaciones e Interacciones Realistas
La capacidad de realizar simulaciones e interacciones realistas en el gemelo digital permite experimentar, probar y optimizar varios escenarios, estrategias y soluciones en un entorno virtual seguro antes de implementarlos en el mundo real. De hecho, el gemelo digital ofrece a arquitectos e ingenieros la posibilidad de:
- realizar simulaciones dinámicas, operativas, flujos de trabajo y escenarios variables. Esto ofrece ideas sobre el rendimiento, la eficiencia y posibles problemas en el objeto físico;
- interactuar en tiempo real con el gemelo digital, modificando diversos parámetros, activando o desactivando funciones y observando los efectos de sus acciones en el entorno virtual;
- realizar análisis detallados en el gemelo digital que proporcionan datos valiosos. Estos pueden analizarse para evaluar la eficacia de diversas estrategias, identificar áreas de mejora y optimizar operaciones y decisiones.
En el ámbito del diseño de edificios sostenibles, estas simulaciones son un poderoso medio para analizar y experimentar con el rendimiento del edificio en varios escenarios y mejorar su eficiencia energética, sostenibilidad y comodidad para los ocupantes.
Decision-making basada en datos
El gemelo digital no solo proporciona una plataforma para la recopilación y análisis de datos. Es también un medio para facilitar la toma de decisiones basada en datos. Las ideas y la información derivadas del análisis de datos en el gemelo digital se pueden utilizar para informar y guiar decisiones en todas las etapas del ciclo de vida del objeto físico, desde el diseño y la construcción hasta el mantenimiento y la optimización.
Las decisiones basadas en datos derivadas del gemelo digital son informadas, oportunas y específicas. Esto permite a los profesionales del sector actuar de manera proactiva en lugar de reactiva. Además, es de gran relevancia en el diseño de edificios sostenibles, ya que permite:
1. Identificar las necesidades de consumo de energía
Recopilando datos sobre la demanda energética, incluyendo los picos de consumo y los patrones de uso, es posible comprender mejor cómo se utilizará el edificio. Esta información ayuda a diseñar sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) optimizados, reduciendo así el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero.
2. Monitorear y gestionar el uso de energía
Los sistemas de monitoreo basados en datos permiten el seguimiento en tiempo real de los consumos energéticos del edificio. Estos datos son esenciales para identificar desperdicios e ineficiencias, permitiendo la corrección oportuna de anomalías y la optimización de sistemas para maximizar la eficiencia energética.
3. Optimizar la iluminación y el control ambiental
Los datos sobre la iluminación, incluyendo los niveles de luz natural y artificial en diferentes partes del edificio, ayudan a diseñar sistemas de iluminación que se encienden solo cuando y donde son necesarios. Esto reduce el consumo excesivo de energía. Además, los datos sobre la humedad, temperatura y flujo de aire pueden utilizarse para regular automáticamente el entorno interior, optimizando la comodidad de los ocupantes sin desperdiciar energía.
4. Analizar el ciclo de vida y los materiales de construcción
El análisis basado en datos del ciclo de vida de los materiales permite evaluar el impacto ambiental de cada material utilizado en la construcción. Esto ayuda en la selección de materiales sostenibles y en la reducción del impacto ecológico total del edificio.
5. Obtener retroalimentación continua para la optimización
Los datos recopilados después de la ocupación del edificio proporcionan retroalimentación valiosa sobre el rendimiento en tiempo real. Las métricas de uso, los hábitos de los ocupantes y los datos de consumo de energía ayudan a optimizar los sistemas existentes e informar las decisiones para futuros diseños sostenibles.
Ejemplos de uso del Gemelo Digital en casas pasivas
El gemelo digital ofrece una amplia gama de aplicaciones prácticas en el diseño de casas pasivas. Aquí tienes algunas:
- Posibilidad de simular y optimizar el comportamiento del edificio en diferentes escenarios. Esto incluye un análisis detallado del rendimiento energético, lo que permite a los diseñadores identificar ineficiencias y realizar cambios en el proceso de diseño para maximizar la eficiencia energética;
- Gestión avanzada de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), adaptando dinámicamente estas funciones a las necesidades de los ocupantes y las variaciones climáticas en tiempo real;
- Creación de modelos de simulación interactivos que involucran a los ocupantes en la gestión del consumo energético. Estos modelos permiten a los usuarios ver el impacto de sus acciones en el consumo energético del edificio, fomentando prácticas más sostenibles;
- Análisis de datos históricos y en tiempo real sobre el uso de la energía, la eficiencia operativa y el mantenimiento preventivo. Este análisis de datos respalda las decisiones estratégicas en la gestión continua de las casas pasivas, garantizando que sean sostenibles no solo en el presente, sino también a largo plazo.
