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Casa autosostenible en Glissen, Alemania

Arquitecto: Eduardo Gordillo Amadó
Cartagena, Colombia, 1966
Arquitecto de la Universidad Javeriana, 1985-1989, Bogotá.
Master en Diseño Industrial, Academia Estatal de Artes Aplicadas, Stuttgart, Alemania, 1998-2000

Anotaciones iniciales

Macro determinantes: contexto cultural, social, político y económico
Alemania es un país muy pobre en recursos naturales. Por su geografía y condiciones climáticas es muy difícil tener represas de agua para la generación de energía, y no cuenta con recursos naturales como gas o petróleo. Esto, y la condición de ser un país altamente tecnificado, han llevado a que la generación de energías regenerativas se haya desarrollado de una manera extraordinaria. La madera, el viento, el sol, las mareas y la energía geotérmica son hoy las principales fuentes de energía regenerativas.

Históricamente ha sido un país muy ecológico. Los temas de lo natural, lo regional, la conservación de bosques con su fauna y flora, sus ríos y sus lagos, forman parte de la cultura alemana. Iniciativas como la separación de las basuras, el reciclaje, el compostaje, menos generación de basuras, etc., se han trabajado desde hace muchos años, y por la disciplina que caracteriza a esta sociedad se han podio implementar muy rápidamente.

En los años 60 se creó en Alemania uno de los primeros partidos verdes del mundo. Nació a raíz de diferentes protestas relacionadas con aspectos ecológicos, políticos y sociales. Una de las discusiones más importantes y caballo de batalla, fue siempre y sigue siendo la de la energía atómica. Aparte de que la energía atómica y sus plantas no son tan seguras como se creía, uno de los más graves problemas para los cuales la humanidad no ha inventado una solución 100% segura, es el almacenamiento de los desechos radiactivos.

Alemania dio un paso muy importante después del desastre de Fukushima en Japón (2011) al decidir el cierre completo de sus plantas atómicas en un proceso paulatino hasta el año 2020. Esto ha llevado a la industria alemana a optimizar lo existente y además crear nuevas máquinas y fuentes de energía regenerativa. A partir de ese año Alemania solo podrá generar su energía eléctrica con base en energías regenerativas. Un gran reto tecnológico, ambiental, social, político y económico que tendrá este país en los próximos años.

Entre las diferentes tendencias filosóficas en relación con la energía, están tomando mucha fuerza las relacionadas con la autosostenibilidad y lo regional. El objetivo primordial es que cada edificio, cada casa, logre autoabastecerse de energía ya sea por medio de organizaciones regionales o comunales, o que cada unidad habitacional lo haga por sí misma. Como es sabido, la energía es uno de los principales motores del desarrollo y existencia de la humanidad y en el futuro será uno de los mayores costos en la canasta familiar. Esto va a generar grandes problemas sociales, políticos, económicos y culturales. Por eso el interés de los pensadores, políticos e industriales en encontrar soluciones pagables para tener un abastecimiento de energía perpetuo, no contaminante y sin depender de los recursos fósiles.

Por otro lado, el gobierno está creando nuevas normas de construcción en las que se exigen mínimos consumos (especialmente en relación con la calefacción) lo que requiere ciertas medidas en el aislamiento de las paredes y el desarrollo de nuevas tecnologías para las ventanas. Estas exigencias van aumentando paulatinamente en coordinación con los nuevos desarrollos de materiales y tecnologías.

Este contexto inspiró que en el diseño de esta casa se buscara una solución efectiva en términos ecológicos, económicos, culturales y sociales, lo que llevó a crear un proyecto de vivienda autosostenible, pagable, ecológica, y como factor importante, habitable. No solo habitable sino agradablemente habitable. Sus moradores debían sentirse a gusto viviendo en este tipo de nueva arquitectura sostenible. Otro objetivo fue que la casa, aun siendo muy tecnificada, se sintiera lo menos posible como “la máquina para vivir” (propuesta de los años 20 pero con una premisa diferente, ya que aquí se habla más del aspecto ecológico).

Había la conciencia de que se estaba corriendo un riesgo muy grande pues no se sabía con certeza lo que finalmente resultaría. Nadie sabía lo que significaría vivir en una casa así. En Alemania se han hecho proyectos de investigación pero la cantidad de casas construidas y habitadas incluso con menos tecnología que esta se pueden contar con los dedos de las manos.

B. Determinantes

El lote, ubicado en Glissen, cerca al poblado de Nienburg, tiene aproximadamente 15.000 m2, de los cuales 7.000 m2 son el lago, 2.000 m2 el bosque y los 6.000 m2 restantes son 6 lotes en los cuales se puede construir. Este gran lote, por el lago y el bosque, está considerado como una biosfera natural y como una reserva natural de agua.

De los tres lotes que le pertenecían a una misma familia, uno fue construido en los años 70 para la casa de los padres, en el otro estaba la casita de verano de los abuelos y el otro estaba vacío. La mamá repartió la herencia en vida y la casa donde nacieron y crecieron las tres hermanas la recibió la hermana menor. La casita de verano de los abuelos se derrumbó después de su muerte y allí se construyó la casa de la hermana del medio. Y en el lote vacío se construyó la casa motivo de este escrito.

El predio tenía la condicionante de una normativa para el sector, eminentemente rural y proteccionista, caracterizado por la búsqueda de mantener construcciones en ladrillo a la vista –tonalidad roja, teja cerámica en techos– con fuertes pendientes, un muy bajo porcentaje de vidrio en la fachada y un juego de varios volúmenes con diferentes alturas.

C. Principios ordenadores para la casa en Glissen

Una casa puede estar equipada con gran cantidad de aparatos para la generación, conversión o ahorro de energía, pero si no está bien aislada, con bajos porcentajes de permeabilidad, todo lo anterior no sirve de mucho, ya que el consumo por desperdicio de energía va a ser muy alto. Por lo tanto, la casa debe estar aislada en sus muros, los vidrios, el piso y el techo, formando un caparazón que aísla la casa del exterior. Lo importante es que la construcción no permita fugas (los llamados puentes de calor) para que no se desperdicie energía.

Por otra parte, todo lo que se haga, los aparatos y la tecnología, deben estar diseñados en equilibrio, basados en los recursos existentes y en las necesidades reales así no habrá ni sobre ni sub dimensionamiento. Lo cual obviamente tiene un efecto importante en la parte económica y en el balance entre lo invertido y lo conseguido.

Una de los sistemas más importantes es la calefacción, ya que por las condiciones climáticas del sitio es indispensable para poder sobrevivir. La calefacción está compuesta por una chimenea-horno[1] (alimentada por madera de la región) con tanques de agua y toma de aire independiente del espacio interior de la casa. Se denomina chimenea-horno porque tiene una puerta de vidrio, que concentra el calor en el interior de la chimenea y solo deja salir un 15% del calor generado. Hay unos tanques pequeños de agua ubicados alrededor del hogar de la chimenea-horno los cuales obviamente se calientan cuando la chimenea está prendida. Los tanques calientan el agua que por medio de una pequeña bomba se manda al tanque principal de la calefacción ubicado en el cuarto de máquinas. La toma de aire independiente del interior de la casa es necesaria para que se realice la combustión de la madera sin que el oxígeno de la casa se utilice para esto, ya que de lo contrario se causaría una severa falta de oxígeno. Como la casa es tan aislada y hermética, no hay transpiración. La chimenea-horno cuenta con sistemas de seguridad, para que en caso tal que la presión interna de la casa se baje mucho, se dispare una válvula de seguridad que no solo avisa, si no también regula la presión de la casa.

Entonces, el agua que se calienta en la chimenea-horno va al corazón de regulación de todo el sistema de calefacción, que cuenta con un tanque que está dividido en 3 niveles: uno para el agua que calienta un calentador de paso para la ducha, la tina, la máquina de lavar platos, la máquina de lavar ropa y la cocina. El segundo nivel del tanque almacena el calor para el sistema de calefacción. En Alemania existen diferentes sistemas de calefacción, los más usados son el de radiadores y el de piso. El primero necesita una temperatura del agua de 60 grados, calienta rápido, pero seca mucho el aire. El segundo necesita solo 30 grados, es más lento pero más constante, por lo tanto, ahorra mucha energía y crea un aire más apropiado. Por lo tanto, para esta casa se escogió el sistema de calefacción de piso. Una bomba pequeña se encarga de bombear el agua caliente por todos los serpentines colocados debajo del piso de la casa. Hay reguladores de temperatura en cada uno de los espacios, dependiendo de cuál sea la que se desee. El tercer nivel se encarga de almacenar el agua calentada por los paneles solares (no los fotovoltaicos).

[1] La chimenea es el punto de combustión de la madera totalmente natural. Del árbol se corta en piezas de 33 cm de largo, sin ningún gasto energético se seca en el exterior por un lapso de 2 años para que alcance una humedad no mayor del 20%.

El resultado de la combustión de los diferentes productos como petróleo, gas, carbón generan siempre CO2. Esto es lo que causa el efecto invernadero. Con la combustión de la madera se logra un CO2 neutral. La teoría dice que la cantidad de CO2 que los árboles absorbieron durante su vida es la misma cantidad de CO2 que generan cuando se queman. Al final de la operación queda en ceros y así no se aumenta el efecto invernadero. Esto tiene varias condiciones para que funcione: la madera que se queme debe provenir del área en la que se quema, la cantidad de árboles que se talan debe ser igual o menor a los que se siembran para evitar la deforestación y los volúmenes de madera que se queman deben estar en relación con los volúmenes de árboles plantados. Lograr el equilibrio es la clave. Esto en cuanto a lo que se refiere a la madera. Con este bajo nivel de humedad la madera es fácil de quemar, no genera mucho humo y se le puede extraer la mayor cantidad de energía calórica.

Estos 3 niveles están unidos entre sí e interactúan dependiendo de lo que se necesite, de la temperatura exterior, etc. En esta máquina se encuentra un panel digital con todas las informaciones que uno necesita y las que no también. Se puede regular todo lo que uno quiera y además se puede monitorear todo, de tal manera que uno puede recoger datos, optimizar los efectos, los consumos, los horarios.

Para tener siempre agua caliente se instaló como soporte un calentador de paso eléctrico, de muy bajo consumo, ya que toma la temperatura del agua de cualquiera de los tres niveles del tanque (del agua de la calefacción o de los paneles solares de calentamiento de agua) y la sube a la temperatura que se necesita.

Otro sistema es el de aireación, que se define como de aireación con recuperación de calor o inversión del calor. Es necesario en casas como esta, que tienen tanto aislamiento que la “transpiración “de la casa se vuelve casi imposible. Con él se genera un clima interno muy agradable y el aire se purifica por medio de filtros. Es regulable dependiendo del clima externo, la humedad, el número de personas que estén en la casa, la intensidad, la temperatura y la velocidad con la que el aire de la casa se renueve.

En la fachada que da la calle hay una toma de aire y una salida de aire. La máquina principal del sistema toma el aire nuevo del exterior, este pasa por un convertidor de temperatura que está conectado con un serpentín ubicado bajo tierra a una profundad de 1,5 metros y que contiene una líquido especial que es un buen conductor de temperaturas. Como a partir de una profundidad de 1,5 metros el subsuelo siempre se encuentra a una temperatura de 8 grados, sin importar la temperatura de la superficie, este convertidor toma el calor transmitido por el serpentín de unos 300 metros de largo, y en invierno calienta el aire que entra y en verano lo enfría.

La casa se mantiene, sin importar la temperatura exterior, en unos 21 grados y los cuartos donde se duerme a unos 18 grados. Estos son los valores ideales y saludables para el cuerpo humano. El 100% del aire de la casa se regenera aproximadamente en 2 horas, aunque este cambio de aire se puede regular para que se produzca en mayor o menor tiempo.

En invierno (temperaturas mínimas de -20°C), como la casa se encuentra en 21 grados, el aire que se saca calienta también el aire que entra mediante un convertidor de paso. De esta forma se reducen consumos de energía y se reutiliza el calor producido por la calefacción.

En verano (temperaturas máximas de 36°C) la máquina toma este aire, lo enfría con los 8 grados del serpentín y así la casa se refresca con un aire mucho más frío que el del exterior. Este sistema evita la necesidad de utilizar aire acondicionado.

El sistema de calefacción busca la conservación del calor a pesar del vidrio. Esto se logra creando una casa térmicamente cerrada-aislada (icopor por debajo, que sube por la pared de atrás y llega al techo. La energía calórica se conserva por medio de aislamientos gruesos en todas las paredes y ventanas que tienen dos vidrios con los que se forma una cámara de aire que contiene un gas neutral para optimizar el coeficiente de permeabilidad calórico de las mismas. Todos los cerramientos de la casa están unidos de tal manera que se eviten fugas de calor, que no solo son contraproducentes para el ahorro de energía, sino que también pueden causar hongos, por la diferencias extremas de temperatura de afuera y adentro. En invierno estas pueden estar por encima de los 40 grados.

Se cuenta también con paneles fotovoltaicos, los cuales generan más energía de la que se consume; de allí el nombre en alemán: AKTIV HAUS (casa activa vs. casa pasiva).

El agua de las duchas y las tinas se recicla, se filtra y se utiliza para los inodoros, lavar la ropa y para regar el jardín. Todo está interconectado. Es definitivamente una red.

Por los requerimientos para aprobación, certificación o altos costos de inversión aún hay aparatos que no se han instalado:

  1. Mini-turbina de agua: genera energía eléctrica con una caída de agua de 3 metros en el lago.
  2. Turbina de viento: genera energía eléctrica con el viento.
  3. Purificador de agua con tecnología NANO: tomar el agua del lago, que es muy limpia, y la filtra y purifica para el consumo humano.
  4. Alternativa de calefacción con hielo: un físico alemán descubrió que en el proceso de congelación y descongelación del agua, se libera una cantidad de energía mayor incluso que la que se necesita para estos dos procesos. A partir de este principio se inventó un sistema de calefacción y aire acondicionado.
  5. Mejores sistemas de almacenamiento del calor y la energía eléctrica.

 

La casa tiene como objetivo tener una independencia de las empresas proveedoras de los servicios. Aunque hoy en día genera más energía eléctrica que la que consume, no es autosostenible porque la industria todavía no ha inventado un sistema efectivo y económico para almacenar la energía eléctrica sobrante que se genera en verano, para utilizarla en invierno cuando hay muy poco sol. Por eso, para tener fuentes de energía eléctrica constante, son necesarios el viento y la turbina de agua.

Como alternativa de calefacción se pensó en la aplicación de estas innovaciones porque calentar con madera tiene la desventaja de que en invierno, si no hay gente en la casa (vacaciones), no hay quien que coloque la madera en la chimenea-horno.

Cuando se iniciaron las investigaciones para la casa fue necesario recordar muchas de las enseñanzas básicas de las clases de física en el bachillerato:

  • La energía no se crea si no que se transforma.
  • Cada transformación genera una pérdida de energía.
  • Cada transformación requiere de energía.

 

Lo que en ese momento no se sabía es que los habitantes de la casa serían parte importante y activa para generar una transformación efectiva de la energía. Como ejemplo: hasta el calor que generan sus cuerpos ayudan a mantener la casa a una temperatura ideal en invierno y ese calor se reutiliza para el precalentamiento del aire frío que entra a la casa por medio del sistema de ventilación.

D. Diseño de la casa

Los requerimientos familiares se centraban en alojar una familia conformada por una pareja profesional y su pequeña hija.

Estrategia ante el Consejo que aprueba los proyectos

Los objetivos planteados no correspondían con la normativa existente ya que esta permite tan solo la utilización de materiales y formas tradicionales con los que es muy difícil optimizar los consumos de energía, lo que hacía imposible cumplir con el objetivo de lograr una vivienda económicamente viable.

Por eso fue necesario presentar el diseño de la casa como proyecto de investigación sobre temas como el ecológico y la autosostenibilidad energética y de agua mediante recursos naturales regenerativos.

Además se aprovecha la variación del terreno para que la casa no sea visible desde el camino y prime la vista del paisaje rural.

Para la presentación de este proyecto se requirieron nueve meses de búsqueda e investigación para proponer el sistema óptimo para lograr la efectividad energética de un espacio.

Proyecto

– Responder a su contexto eminentemente rural. Rompe con el esquema tradicional (en Alemania lo rural es diferente a Colombia, pero mantiene la sencillez que lo caracteriza).

– Planta sin esquinas perdidas. Para lograr el menor consumo posible de calor o la pérdida del mismo, estas construcciones no pueden tener plantas diseñadas con esquinas extrañas, espacios no funcionales, corredores perdidos o espacios muy separados. Las formas ideales son el cuadrado, el rectángulo o el círculo. La casa, entonces, debía estar diseñada con alguna de estas formas y condiciones. Una casa de una planta se deja calentar más rápido que una casa de dos. La altura de los espacios es también un factor determinante: mientras más altos más consumo de energía hay. No olvidemos: todo consume energía, mientras más grande sean los espacios, más energía se necesita para calentarlos.

– Un rectángulo puro cerrado hacia la calle y las otras tres fachadas totalmente abiertas –vidrio de piso a techo– con vista al prado, el lago y el bosque.

– Organización espacial clara y sencilla que tiene como centro de vida el estar-comedor-cocina.

– Espacios interiores interconectados.

– Presencia de la chimenea-horno como referente central del hogar durante el invierno. En el verano los ventanales son el elemento más importante porque aunque se está a través de ellos se mantiene el contacto con la naturaleza; es como si se estuviera viviendo afuera.

– Estudio y dormitorio a lado y lado de la zona central social.

– Cuatro puertas de relación interior exterior que producen tensión de movimiento de aire. No existe una puerta de entrada principal. Dos puertas están ubicadas en cada uno de los extremos del eje más largo y las otras dos en el área social. Al abrir las puertas se genera un efecto de extractor generado por las diferencias de presión internas que produce una corriente de aire muy refrescante en los días de verano, algo muy importante pues en Alemania no se usa aire acondicionado en las casas.

– Eje de servicios posterior (incluye cuarto de máquinas y baños) que permite un ahorro en instalaciones. Las áreas húmedas, el cuarto de máquinas, de donde salen todas las tuberías, y la cocina están ubicadas en la misma área y eje. Esto permitió un ahorro considerable en los costos de materiales y mano de obra. Además creó un esquema organizativo muy claro y una fácil ubicación dentro de la casa.

– En el exterior hay una pérgola alrededor de tres costados de la casa que tamiza la luz solar según la orientación de cada uno de los ventanales. Frente al lado más largo de la casa se cuenta con una terraza, y más adelante, cerca al lago, hay una zona de estar un tanto hundida para no interrumpir la vista desde el interior de la casa.

– Cobertizo independiente para los vehículos.

– Cobertizo para el almacenamiento de la madera.

E. Algunos comentarios sobre los aspectos técnicos

Es necesario recalcar que todos los sistemas trabajan juntos para lograr los objetivos. En la mayoría de los casos son sistemas independientes, pero en algunas ocasiones dependen unos de los otros. El efecto de uno, optimiza el efecto del otro. Es una red de sistemas que producen un objetivo conjunto. Sin embargo, si se daña uno, los otros no dejan de funcionar.

También es importante aclarar que se utilizan tanto sistemas existentes, certificados y con varios años en el mercado, como aparatos que están en proceso de prueba y también aparatos de inventores o ingenieros que están apenas en proceso de desarrollo. Así se logra una mezcla muy interesante y se apoya además a la industria naciente de energías regenerativas.

Por otro lado, hay algunos aparatos que no se han podido instalar porque todavía no están aprobados por la ley o porque los procesos de aprobación de su instalación ante el Departamento de Planeación son muy complicados y costosos. Un proyecto de estos no se puede mirar a corto plazo. Este es un proceso vivo, que será desarrollado, optimizado, revaluado, corregido etc. durante las próximas dos décadas.

Investigación en proceso

Uno de los proyectos de investigación que no está concluido es disminuir los problemas que causa la baja de la eficiencia de las células fotovoltaicas, ya sea por su ubicación en relación con el sol, el aumento de temperatura o mugre. La idea para superar este problema es acostar los paneles fotovoltaicos (se instalan normalmente con una inclinación de 30 grados) y sumergirlos en agua a una profundidad de unos 10 cm, así se genera una película de agua que ocasiona el rompimiento de la luz. Esto conlleva a que no importa en qué dirección se ubiquen los paneles, siempre recibirán el sol en el ángulo adecuado para lograr una excelente eficiencia. Además, por estar sumergidos en el agua, la temperatura baja considerablemente lo cual también aumenta la eficiencia. El agua de estas “piscinas” se mantiene limpia por los filtros y el movimiento, es agua de lluvia filtrada lo cual mantiene los paneles limpios. Para evitar el congelamiento del agua en invierno se cuenta con resistencias eléctricas que mantienen el agua a una temperatura de descongelación. La energía necesaria para estas resistencias se obtiene de los mismos paneles fotovoltaicos. Como el agua no se puede colocar en techos inclinados, la única alternativa viable es construir techos planos, de esta forma se justifica técnicamente el diseño de un techo plano.

El coeficiente de permeabilidad de un material se define como la cantidad de calor o frío que deja pasar, sin importar la dirección, es decir, de adentro hacia afuera o de afuera hacia adentro. Mientras menor sea este coeficiente mejor es su impermeabilidad. Un coeficiente 0 se alcanza con el vacío, por eso ya se están produciendo paneles de aislamiento con vacío o vidrios con cámaras al vacío (estas últimas aún están en desarrollo). Con los aislamientos en nuestras paredes y con los vidrios especiales se lograron excelentes coeficientes pues en los muros es de 0,1 y en la ventanas de 0,7. Es un sandwich de gas neutral entre vidrios que cumple función de aislar; además se tienen marcos con aislamiento que sellan los vidrios de puertas y ventanas. Así se evitan puentes (fugas) de calor.

Vivencia de la casa como epílogo

El resultado es inesperado e impactante: la casa se volvió un miembro más de la familia. De la información obtenida al monitorearla continuamente hemos aprendido mucho de la relación entre las condiciones climáticas, la manera cómo reacciona la casa y el confort que nos puede ofrecer. Cada grado de variación de la temperatura externa, cada minuto de sol o viento, cada gota de lluvia, hacen que nuestra casa reaccione de una manera diferente y que nosotros también interactuemos con ella de una manera diferente. Uno de los resultados más importantes de este ejercicio, además de sentirnos inmensamente a gusto habitándola, es la potenciación de nuestra conciencia ecológica, sentir mucho más intensamente las estaciones, y ubicarnos con mucha más modestia y realidad como seres humanos en nuestro planeta tierra. Vivir aquí nos ha cambiado nuestra forma de comprar, de usar, de botar y todo esto sin prescindir de nada; todo lo contrario, ahora vivimos, comemos y desarrollamos una vida más equilibrada y saludable. Hemos aprendido el significado de la palabra “suficiente”.