Desarrollar un edificio con una eficiencia energética perfecta es relativamente fácil de hacer, si no les da a los ocupantes del edificio ningún control sobre su entorno. Como nadie quiere ese tipo de edificio, El profesor Christoph Reinhart ha centrado su carrera en encontrar formas de hacer que los edificios sean más eficientes desde el punto de vista energético sin perder de vista las necesidades de los usuarios.

"En este punto del diseño de edificios, la mayor incertidumbre proviene del comportamiento del usuario, "dice Reinhart, quien dirige el Laboratorio de Diseño Sostenible en el Departamento de Arquitectura del MIT. "Una vez que comprenda el flujo de calor, es una ciencia muy exacta para ver cuánto calor agregar o quitar de un espacio ".

Formado en física, Reinhart hizo el cambio a la arquitectura porque quería aplicar los conceptos científicos que había aprendido para hacer que los edificios fueran más cómodos y energéticamente eficientes. Hoy dia, es conocido internacionalmente por su trabajo en lo que los arquitectos llaman "iluminación natural" —el uso de luz natural para iluminar los interiores de los edificios— y el análisis del desempeño ambiental de los edificios a nivel urbano. Las herramientas de diseño que surgieron de su laboratorio son utilizadas por arquitectos y urbanistas en más de 90 países.

El trabajo del Sustainable Design Lab también ha producido dos empresas derivadas:Mapdwell, que proporciona análisis de costo-beneficio individualizados para la instalación de paneles solares; y solemma, que proporciona herramientas de análisis medioambiental como DIVA-for-Rhino, un componente de software de modelado energético y de iluminación natural altamente optimizado. Reinhart es cofundador y asesor de desarrollo estratégico en Mapdwell, y es CEO de Solemma.

A través de todo, la física sigue siendo un pilar fundamental. "Todo lo que desarrolla nuestro laboratorio se basa primero en la física, "dice Reinhart, quien obtuvo una maestría en física de la Albert Ludwigs Universität en Freiburg, Alemania, y la Universidad Simon Fraser en Vancouver, Canadá.

Diseño informativo

Un ecologista de toda la vida, Reinhart dice que se inspiró para estudiar arquitectura en parte por el trabajo del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar, que construyó una casa solar completamente autosuficiente en Friburgo a principios de la década de 1990.

Mientras terminaba su tesis de maestría, Reinhart dice:También leyó un artículo que sugería que las características como el color pueden ser más importantes que el rendimiento para los arquitectos que eligen un sistema solar, una idea que lo llevó a encontrar formas de capacitar a los arquitectos para que consideren la estética y el desempeño ambiental de sus diseños al mismo tiempo. . Comenzó este esfuerzo investigando la iluminación natural en la Universidad Técnica de Karlsruhe, Alemania.

La luz es increíblemente importante desde el punto de vista del diseño (los arquitectos hablan de "pintar con luz"), pero también existen importantes desafíos técnicos relacionados con la iluminación, por ejemplo, cómo gestionar el calor y el deslumbramiento, Dice Reinhart.

"Necesita buenos modelos del cielo y buenas herramientas de renderizado para modelar la luz. También necesita informática para hacerlo más rápido, pero eso es solo lo básico, "Reinhart dice, señalando que el siguiente paso es considerar cómo las personas perciben y usan la luz natural. "Esta forma de pensar realmente matizada es lo que hace que la luz del día sea tan divertida e interesante".

Por ejemplo, los diseñadores suelen renderizar edificios con todas las persianas abiertas. Si descubren que las personas mantendrán las persianas bajas el 90 por ciento del tiempo con un diseño determinado, es probable que lo reconsideren, Reinhart dice:porque "nadie quiere eso".

El software de análisis de iluminación natural desarrollado por el equipo de Reinhart en 1998 proporciona precisamente este tipo de información. Conocido como DAYSIM, ahora se utiliza en todo el mundo para modelar la disponibilidad anual de luz natural en los edificios y sus alrededores.

Reinhart también ha publicado libros de texto sobre iluminación natural:"Manual de iluminación natural I:Fundamentos y diseño con el sol" se publicó en 2014, y un segundo volumen, "Manual de iluminación natural II:Simulaciones de luz natural y fachadas dinámicas, "fue lanzado el pasado mes de octubre.

"La luz del día fue realmente mi primer camino hacia la arquitectura, "Reinhart dice, y señaló que cree que es maravilloso que el campo combine "ciencia sólida como una roca" como el modelado del cielo con preguntas más subjetivas relacionadas con la experiencia de los usuarios, tales como:"¿Cuándo es la luz del sol una responsabilidad?" y "¿Cuándo agrega interés visual?"

Enseñar y asesorar

Después de obtener su doctorado en arquitectura en la Universidad Técnica en 2001, Reinhart enseñó brevemente en la Universidad McGill en Canadá antes de ser nombrado profesor asociado de arquitectura en la Escuela de Graduados de Diseño de la Universidad de Harvard. En 2009, el foro de estudiantes allí lo nombró miembro de la facultad del año.

En 2012, se unió a la facultad del MIT, donde normalmente supervisa a siete u ocho estudiantes graduados, incluyendo alrededor de tres trabajando en su doctorado. A menudo, también tiene estudiantes que trabajan en su laboratorio a través del Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado. Varios estudiantes que se especializan en ciencias de la computación han resultado particularmente útiles, él dice.

"Es sorprendente lo que los estudiantes del MIT pueden implementar, " él dice.

Reinhart también es instructor, por supuesto, en particular la enseñanza de 4.401 / 4.464 (Tecnologías ambientales en edificios), que se centra en cómo evaluar la eficiencia energética de los edificios.

"No hay nada más divertido, especialmente en una institución como el MIT, que enseñar estos conceptos, " él dice.

La Iniciativa de Energía del MIT (MITEI) ahora está trabajando para que ese tema esté disponible en línea a través de MITx, y se espera que la clase sea parte de un certificado de posgrado planificado en energía, según Antje Danielson, Director de educación del MITEI.

Modelado a escala de ciudad

Mientras tanto, Reinhart ha ampliado su propia investigación para modelar el uso de energía a nivel de ciudad. En 2016, él y sus colegas dieron a conocer un modelo energético para Boston que estima las demandas de gas y electricidad de cada edificio de la ciudad, y desde entonces su equipo ha evaluado otras áreas urbanas.

Este trabajo le ha puesto de relieve lo importante que es el comportamiento del usuario para calcular el uso de energía.

"Para un edificio individual, puede tener una idea del comportamiento del usuario, pero si quieres modelar toda una ciudad, ese problema te explota, "Reinhart dice, señalando que su equipo utiliza métodos estadísticos como la calibración bayesiana para determinar los comportamientos probables.

Esencialmente, recopilan datos sobre el uso de energía y entrenan a la computadora para reconocer diferentes escenarios, como la energía utilizada por diferentes números de personas y electrodomésticos.

"Presentamos 800 comportamientos de usuarios en una muestra de edificios, y como sabemos cuánta energía utilizan realmente estos edificios, solo mantenemos esos patrones de comportamiento que nos dan el uso correcto de energía, "Reinhart dice, explicando que la repetición del proceso produce una curva que indica los usos más probables de los edificios. "No sabemos exactamente dónde está la gente, pero a nivel urbano, lo hacemos bien ".

Determinar cómo se utiliza la energía a esta amplia escala proporciona información crítica para abordar las necesidades del sistema energético en su conjunto, Dice Reinhart. Es por eso que Reinhart está trabajando actualmente con Exelon Corporation, un importante proveedor de energía nacional, para evaluar el uso de energía en Chicago. "Podemos decir, Fomentemos este tipo de actualizaciones y garanticemos que así es como cambiará la carga de energía en un vecindario o para subestaciones en particular, que es justo lo que las empresas de servicios públicos quieren saber. " él dice.

El nexo entre alimentos, energía y agua

Recientemente, Reinhart también ha comenzado a investigar formas de hacer que la producción de alimentos sea más eficiente y sostenible desde el punto de vista energético. Su laboratorio está desarrollando un componente de software que puede estimar la producción de alimentos, uso asociado de energía y agua, y las emisiones de carbono que resultan para diferentes tipos de granjas urbanas.

Por ejemplo, El cultivo hidropónico en contenedores, un sistema de cultivo de alimentos sin tierra dentro de algo como un contenedor de envío, ahora está siendo promovido por empresas en algunas ciudades. incluyendo Boston. Este sistema generalmente usa más electricidad que la agricultura convencional, pero que el uso de energía puede compensarse con creces por la reducción de la necesidad de transporte, Dice Reinhart. Ya, El equipo de Reinhart ha demostrado que la agricultura en azoteas y contenedores en terrenos disponibles en Lisboa, Portugal, teóricamente podría satisfacer la demanda total de verduras de la ciudad.

Este trabajo explora el nexo entre la comida, energía, y el agua es solo el siguiente nivel de complejidad para Reinhart en una carrera dedicada a mover la aguja hacia la sostenibilidad. Afortunadamente, no está solo en su trabajo; ha enviado una gran cantidad de jóvenes académicos al mundo para trabajar en preocupaciones similares.

Los antiguos estudiantes graduados de Reinhart ahora trabajan en universidades como Cornell, Harvard, Siracusa y la Universidad de Toronto, y sigue colaborando con ellos en proyectos.

Es como tener una familia en crecimiento dice Reinhart, padre de dos. "Los estudiantes nunca se van. Es como niños".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.