Hacia una arquitectura educativa más eficiente energéticamente en las ciudades: tipologías de las escuelas públicas de Barcelona y Quito para el modelado energético

Resumen

La edificación es uno de los sectores con mayor consumo energético mundial, representando aproximadamente un tercio del consumo global de energía. El análisis del inventario edilicio de una ciudad requiere la aplicación de técnicas estadísticas para agrupar edificios con características homogéneas creando así tipologías arquitectónicas. En temas de eficiencia energética se ha utilizado el análisis de conglomerados para evaluar el rendimiento energético del total de un parque edificado usando edificios referenciales. Estos son edificios reales o teóricos cuyas características son representativas de toda la muestra y cuyos resultados pueden generalizarse sin incurrir en errores significativos.

Este estudio analiza el inventario total de escuelas existentes y establece un proceso de creación de edificios referenciales teóricos -basado en técnicas estadísticas- para las ciudades de Barcelona-España y Quito-Ecuador. El objetivo general es generar edificios arquetípicos para un análisis energético detallado, incluyendo su comportamiento térmico pasivo y su resiliencia al cambio climático. Este estudio es parte de una investigación más amplia sobre la rehabilitación de la envolvente arquitectónica a través de simulaciones energéticas usando algoritmos para un tratamiento pasivo óptimo de sus superficies individuales. Partiendo del análisis del parque edilicio de las ciudades fue posible obtener las características relevantes de la muestra y hacer una clasificación primaria basada en el año de construcción y el área bruta del edificio. El análisis de conglomerado se usó para dividir las muestras en subconjuntos de edificios similares con respecto a sus características geométricas y de comportamiento térmico. Finalmente, el cálculo matemático de los centros de cada subconjunto se utilizó para crear los edificios referenciales teóricos.

La muestra estuvo limitada a escuelas públicas en áreas urbanas consolidadas debido a la facilidad de acceso a la información, ya sea de dominio público o proporcionada por los departamentos educativos locales. La clasificación primaria se realizó siguiendo la metodología del proyecto europeo TABULA generando matrices bidimensionales entre el período de construcción y área total del edificio y, asignando cada centro escolar a una categoría específica. Se crearon fichas técnicas de cada edificación detallando sus características termo-físicas recopiladas de información catastral, planos, sistemas GIS y visitas de campo. Teniendo en cuenta el enfoque pasivo de esta investigación, las variables de caracterización son: compacidad, área en planta baja, área externa de paredes, valor U promedio de las paredes, valor U promedio de los techos y número de pisos. El método de conglomerados utilizado fue K-medias en combinación con una técnica jerárquica para subdividir la muestra en grupos no superpuestos mediante la asociación de edificios similares. El resultado del conglomerado es un cálculo matemático de sus centros expresados como los valores más representativos para cada una de las variables de datos.

Tanto en Barcelona como en Quito, el análisis de conglomerados arrojó resultados significativos para dos subgrupos demostrando que existen diferencias sustanciales en el comportamiento térmico de sus escuelas y, que los proyectos de rehabilitación deben adaptarse específicamente a cada tipología. Los resultados para Quito son: A) escuelas dispersas de 1 piso con techos inclinados y cubiertas metálicas y; B) Escuelas compactas de 2 plantas con losas planas de hormigón. Para Barcelona, los resultados son: A) Escuelas semi-compactas de 1 a 2 plantas con grandes huellas y losas reticulares de hormigón y; B) Escuelas compactas, de más de 3 pisos y losas planas unidireccionales con entrevigado cerámico. Al momento, los edificios están siendo modelados en softwares especializados para evaluar su rendimiento energético. Los modelos virtuales incluyen los datos mencionados anteriormente sobre las características termo-físicas además de patrones de ocupación y operación recopilados de las escuelas reales más próximas a los centros estadísticos de sus subgrupos. Estas escuelas también están siendo monitoreadas durante un período de 3 meses para analizar su comportamiento térmico en operación pasiva. Los resultados del proyecto serán la base para avanzar en la eficiencia energética de la arquitectura educativa de estas ciudades y su futura renovación.