Típicamente, cuando los arquitectos o ingenieros diseñan un nuevo edificio, es sólo al final del proceso, si es que lo hace alguna vez, que se lleva a cabo un análisis del ciclo de vida del impacto ambiental del edificio. Y para entonces puede que sea demasiado tarde para realizar cambios importantes. Ahora, un sistema más rápido y sencillo para realizar tales análisis podría cambiar todo eso, haciendo del análisis una parte integral del proceso de diseño desde el principio.

El nuevo proceso, descrito en la revista Edificación y Medio Ambiente en un artículo de los investigadores del MIT Jeremy Gregory, Franz-Josef Ulm y Randolph Kirchain, y Joshua Hester Ph.D. '18, es lo suficientemente simple como para que pueda integrarse en el software que ya utilizan los diseñadores de edificios para que se convierta en una adición perfecta a su proceso de diseño.

Análisis del ciclo de vida, conocido como LCA, es un proceso de examinar todos los materiales; elementos de diseño; ubicación y orientación; calefacción, enfriamiento, y otros sistemas energéticos; y disposición final prevista de un edificio, en términos de costos, impactos ambientales, o ambos. Ulm, profesor de ingeniería civil y ambiental y director del Concrete Sustainability Hub (CSH) del MIT, dice que, por lo general, el LCA se aplica "solo cuando un edificio está completamente diseñado, así que es más bien una herramienta post-mortem pero no una herramienta de diseño real ". Eso es lo que el equipo se propuso corregir.

"Queríamos abordar cómo cerrar esa brecha entre el uso de LCA al final del proceso y hacer que los arquitectos e ingenieros lo usen como una herramienta de diseño, ", dice. La gran pregunta era si sería posible incorporar evaluaciones de LCA en el proceso de diseño sin tener que imponer demasiadas restricciones en las opciones de diseño, lo que lo hace poco atractivo para los diseñadores de edificios. Ulm se preguntó:"¿Cuánto restringe la LCA la flexibilidad del diseño?"

Medir la libertad de diseño

Para abordar esa pregunta de manera sistemática, el equipo tuvo que idear un proceso para medir la flexibilidad de las opciones de diseño de forma cuantitativa. Se decidieron por una medida que llaman "entropía, "análogo al uso de ese término en física. En física, un sistema con mayor entropía es "más caliente, "con sus moléculas moviéndose rápidamente. En el uso que hace el equipo del término, una entropía más alta representa una mayor variedad de opciones disponibles en un punto dado, mientras que la entropía más baja representa un rango de opciones más restringido.

Para sorpresa de los investigadores, encontraron que el uso de su sistema LCA tenía muy poco impacto en la reducción de la gama de opciones de diseño. "Ese es el resultado más notable, ", Dice Ulm. Al introducir el LCA en las primeras etapas del proceso de diseño, "apenas tocas la flexibilidad del diseño, ", dice." Estaba convencido de que llegaríamos a un compromiso, "donde la flexibilidad del diseño tendría que ser limitada para obtener un mejor rendimiento del ciclo de vida, Ulm dice. "Pero, de hecho, los resultados demostraron que estaba equivocado ".

El sistema analiza la gama completa de impactos climáticos de una nueva estructura, incluyendo las tres fases:construcción, incluido el examen de la energía incorporada en todos los materiales utilizados en el edificio; funcionamiento del edificio, incluyendo todas las fuentes de energía necesarias para proporcionar calefacción, enfriamiento, y servicio eléctrico; y el desmantelamiento y eliminación final, o reutilización de la estructura, al final de su servicio.

Para evaluar el impacto del ciclo de vida de las opciones de diseño, es necesario observar una amplia gama de factores. Estos incluyen:el clima de la ubicación (para su investigación, eligieron Arizona y Nueva Inglaterra como dos casos muy diferentes del clima estadounidense); las dimensiones y la orientación del edificio; la proporción de paredes a ventanas en cada lado; los materiales utilizados para las paredes, cimientos, y techado; el tipo de sistemas de calefacción y refrigeración utilizados; etcétera. A medida que se decide cada uno de estos factores, la gama de posibilidades para el edificio se vuelve cada vez más estrecha, pero no mucho más que en cualquier proceso de diseño convencional.

En cualquier punto, el programa "también proporcionaría información sobre muchas cosas que aún no están definidas, "esencialmente ofreciendo un menú de opciones que podría conducir a un diseño más respetuoso con el medio ambiente, dice Kirchain, quien es un científico investigador principal en el MIT y codirector de la CSH, que apoyó el proyecto.

Aunque está diseñado especialmente para reducir el impacto climático de un edificio, la misma herramienta también podría usarse para optimizar un edificio para otros criterios, como simplemente para minimizar el costo, dicen los investigadores.

Llegar temprano

Pensar en cuestiones como el destino final de un edificio al final de su vida funcional tiende a "no estar en el mismo orden de interés para el arquitecto diseñador, cuando trabajan por primera vez en un diseño, "en comparación con factores más inmediatos, como la apariencia del edificio para el cliente, y cumplir con los requisitos funcionales particulares de la estructura, Ulm dice. Pero si las nuevas herramientas de LCA se integran directamente en el software de diseño que están utilizando, Entonces, las indicaciones de cómo una elección de diseño determinada puede afectar el resultado estarían constantemente disponibles y podrían influir fácilmente en las elecciones incluso en pequeñas, formas sutiles al principio del proceso.

Al comparar el proceso de diseño con y sin el uso de tales herramientas, los investigadores descubrieron que las emisiones generales de gases de efecto invernadero asociadas con un edificio podrían reducirse en un 75 por ciento "sin una reducción en la flexibilidad del proceso de diseño, "Dice Ulm.

Ulm lo compara con indicadores en un gimnasio que brindan información sobre cuántas calorías se están quemando en cualquier momento de un régimen de ejercicio. proporcionar un incentivo constante para mejorar los resultados, sin siquiera prescribir qué ejercicios debe hacer la persona o cómo hacerlos.

Si bien el programa está diseñado actualmente para evaluar viviendas unifamiliares relativamente simples, que representan la gran mayoría de los espacios habitables en los EE. UU., El equipo espera expandirlo para poder trabajar también en edificios residenciales o comerciales mucho más grandes.

En este punto, el software que diseñó el equipo es un paquete independiente, por lo que "una de nuestras tareas en el futuro es la transición para convertirlo en un complemento de algunas de las herramientas de software que existen" para el diseño arquitectónico, dice Kirchain.

Si bien hay muchas herramientas de software disponibles para ayudar a evaluar el impacto ambiental de un edificio, Kirchain dice:"No vemos a muchos arquitectos usando estas herramientas". Pero eso se debe en parte a que tienden a ser demasiado prescriptivos, él dice, apuntando hacia un diseño óptimo y restringiendo las opciones del diseñador. "Nuestra teoría es que ningún diseñador quiere que le digan que así es como debe ser el diseño. Su función es diseñar sin restricciones indebidas, " él dice.

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.