Ofreciendo casas autosuficientes de bajo costo y energía net zero

El proyecto de viviendas eCasa fue diseñado para ofrecer a familias de bajos recursos una serie de casas ecológicas económicas y de energía net zero en Washington, D. C. Usando Sefaira, el estudio de arquitectura sin fines de lucro Inscape Publico en la última etapa de diseño, equilibró el rendimiento de la envolvente del edificio y la generación de energía renovable para lograr el net-zero.

Mi Casa Inc., una organización sin fines de lucro, brinda oportunidades de viviendas accesibles a familias de bajos y medianos recursos para sustentar comunidades diversas y saludables en el área de Washington D. C. y Baltimore. Mi Casa colaboró con el Departamento de Vivienda y Desarrollo Comunitario para afrontar los complejos cambios que están impactando en los vecindarios del Gran D. C. y garantizar escalabilidad.

Tipo de proyecto: Vivienda accesible para familias de bajos ingresos
Ubicación: Washington D. C., EE. UU.
Programa de construcción: Residencial
Superficie/pisos/ocupación: 2 bloques de 6 unidades de vivienda
Meta de rendimiento: Energía net zero

Explorando las limitaciones del proyecto

Inscape Publico había diseñado y especificado los bloques de edificios pero quería entender su rendimiento y optimizar el proyecto donde fuera posible. El proyecto necesitaba balancear un presupuesto limitado, una paleta de materiales de construcción también limitada y un cronograma de proyecto muy ajustado. El análisis de Sefaira le permitió al equipo optimizar los factores modificables del proyecto y demostrar que se podía lograr energía net zero.

Plano del sitio que muestra la ubicación de ambos bloques en calles adyacentes.

Para lograr sus objetivos, el equipo de diseño necesitaba:

• calcular el rendimiento de referencia del edificio a partir de los materiales especificados.
• minimizar el consumo de energía para lograr el net zero utilizando construcción de alto rendimiento y sistemas de alta eficiencia.
• calcular cuánta energía renovable generarían los paneles fotovoltaicos pre-especificados para confirmar la cantidad requerida para lograr el net zero.
• minimizar los costos operativos anuales de los habitantes especificando instalaciones de agua de alta eficiencia.

Para empezar, el equipo de diseño estableció el modelo de análisis, introduciendo una envolvente predeterminada y valores del sistema de calefacción y ventilación (HVAC) y también variables de referencia como, ocupación, densidad de potencia de iluminación, carga de enchufes, puntos de calibración de temperatura y factores de diversidad. Luego, se investigaron estrategias potenciales:

Tipo y profundidad de sombreado: Usando las curvas de respuesta de Sefaira, se especificó una proyección horizontal óptima de 2,5 pies de profundidad (aproximadamente 7.5 m) sobre cada abertura de vidrio. Esto redujo el enfriamiento del espacio en un 14% anual.

Instalaciones de agua: Se especificaron instalaciones de agua de alta eficiencia para reducir el desperdicio y los costos operativos.

Los costos operativos anuales se redujeron en un 37% porque se requirió menos energía para calentar agua y, en general, se usó menos agua.

Unidad de viviendas de la calle Minnesota (Minnesota Street Housing Unit) y su correspondiente gráfico de consumo de energía mensual

Al especificar valores de alto rendimiento para las instalaciones de agua y sombreado, el equipo de diseño garantizó que el consumo de energía anual final sería de solo 21,372 kBTU/año para Minnesota Street y de 21,073 kBTU/año para 27th Street.

Consumo de energía mensual de la Unidad de viviendas de la calle 27 (27th Street Housing Unit)

Una vez optimizada la envolvente del edificio para lograr mejor rendimiento, el próximo paso fue compensar la energía consumida auto generando la misma cantidad o más. El análisis de Sefaira confirmó que los dos conjuntos de 18 paneles fotovoltaicos por bloque generarían 21,473 kBTU/año en Minnesota Street y 22,025 kBTU/año en 27th Street, asegurando así que el proyecto logre energía net zero.

“Yo usaría Sefaira en una etapa anterior para optimizar la envolvente en lugar de simplemente analizar los materiales y detalles que ya habíamos establecido," dijo Stefan Schwarzkopt, director de diseño en Inscape Publico.

Por ejemplo, el valor R de la estructura predeterminada del tejado fue bastante alto. Sin embargo, Sefaira mostró que una estructura con un valor R más bajo sería igual de eficiente. Si el equipo hubiera conocido esta información antes podría haber elegido materiales de construcción y detalles más eficaces y rentables para la construcción de casas ecológicas económicas.

Sefaira permitió al equipo de Inscape Publico y Mi Casa calcular el consumo anual de energía, investigar estrategias de ahorro energético y aplicar generación de energía renovable, ayudando así al proyecto a lograr energía net zero.

"Sefaira elimina las dudas del proceso porque evalúa varias alternativas de diseño para encontrar aquellas con impacto óptimo, y así ayuda al equipo de diseño a refinar rápidamente no solo el diseño del proyecto en sí sino también los objetivos del mismo, concluyó Schwarzkopf.