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ciencia de la construcción

Pequeño horno capaz de alcanzar 600°C y aplicar una carga estática para probar materiales de construcción.

La ciencia de la construcción es la recopilación de conocimientos impulsados ​​por la ciencia y la tecnología con el fin de proporcionar una mejor calidad ambiental interior (IEQ), entornos construidos con eficiencia energética y comodidad y satisfacción de los ocupantes . Física de la construcción, ciencias arquitectónicas y física aplicada son términos utilizados para el dominio del conocimiento que se superpone con la ciencia de la construcción. En la ciencia de la construcción, se aplican ampliamente los métodos utilizados en las ciencias naturales y duras , que pueden incluir experimentos controlados y cuasiexperimentos , control aleatorio, mediciones físicas, teledetección y simulaciones . Por otro lado, los métodos de las ciencias sociales y blandas , como el estudio de casos , las entrevistas y los grupos focales , el método de observación , las encuestas y el muestreo de experiencias , también se utilizan ampliamente en la ciencia de la construcción para comprender la satisfacción, el confort y las experiencias de los ocupantes mediante la adquisición de datos cualitativos. datos. Una de las tendencias recientes en la ciencia de la construcción es una combinación de dos métodos diferentes. Por ejemplo, es ampliamente conocido que la sensación térmica y el confort de los ocupantes pueden variar dependiendo de su sexo, edad, emociones, experiencias, etc., incluso en el mismo ambiente interior. A pesar de los avances en la tecnología de extracción y recopilación de datos en la ciencia de la construcción, las mediciones objetivas por sí solas difícilmente pueden representar el estado mental de los ocupantes, como la comodidad y las preferencias. Por lo tanto, los investigadores están tratando de medir ambos contextos físicos y comprender las respuestas humanas para descubrir interrelaciones complejas.

Las ciencias de la construcción tradicionalmente incluyen el estudio del ambiente térmico interior, el ambiente acústico interior , el ambiente luminoso interior , la calidad del aire interior y el uso de recursos de construcción, incluido el uso de energía y materiales de construcción . [1] Estas áreas se estudian en términos de principios físicos, relación con la salud, el confort y la productividad de los ocupantes del edificio, y cómo pueden ser controlados por la envolvente del edificio y los sistemas eléctricos y mecánicos . [2] El Instituto Nacional de Ciencias de la Construcción (NIBS) incluye además dentro de su alcance las áreas de modelado de información de edificios , puesta en servicio de edificios , ingeniería de protección contra incendios , diseño sísmico y diseño resiliente. [3]

Uno de los propósitos prácticos de la ciencia de la construcción es proporcionar capacidad predictiva para optimizar el rendimiento y la sostenibilidad de los edificios nuevos y existentes, comprender o prevenir fallas en los edificios y guiar el diseño de nuevas técnicas y tecnologías.

Aplicaciones

Durante el proceso de diseño arquitectónico, el conocimiento de las ciencias de la construcción se utiliza para informar las decisiones de diseño para optimizar el rendimiento del edificio. Las decisiones de diseño se pueden tomar basándose en el conocimiento de los principios de las ciencias de la construcción y las pautas establecidas, como la Guía de diseño de edificios completos (WBDG) de NIBS y la colección de estándares ASHRAE relacionados con las ciencias de la construcción.

Se pueden utilizar herramientas computacionales durante el diseño para simular el desempeño del edificio basándose en información de entrada sobre la envolvente del edificio , el sistema de iluminación y el sistema mecánico diseñados . Los modelos se pueden utilizar para predecir el uso de energía durante la vida útil del edificio, la distribución del calor y la radiación solar, el flujo de aire y otros fenómenos físicos dentro del edificio. [4] Estas herramientas son valiosas para evaluar un diseño y garantizar que funcionará dentro de un rango aceptable antes de que comience la construcción. Muchas de las herramientas computacionales disponibles tienen la capacidad de analizar los objetivos de rendimiento del edificio y realizar la optimización del diseño . [5] La precisión de los modelos está influenciada por el conocimiento del modelador sobre los principios de las ciencias de la construcción y por la cantidad de validación realizada para el programa específico. [4]

Cuando se evalúan edificios existentes, se pueden utilizar mediciones y herramientas computacionales para evaluar el desempeño en función de las condiciones existentes medidas. Se puede utilizar una variedad de equipos de prueba en el campo para medir la temperatura, la humedad, los niveles de sonido, los contaminantes del aire u otros criterios. Los procedimientos estandarizados para tomar estas mediciones se proporcionan en los Protocolos de medición del desempeño para edificios comerciales. [6] Por ejemplo, los dispositivos de imágenes térmicas infrarrojas (IR) se pueden utilizar para medir las temperaturas de los componentes del edificio mientras el edificio está en uso. Estas mediciones se pueden utilizar para evaluar cómo está funcionando el sistema mecánico y si hay áreas de ganancia o pérdida de calor anómalas a través de la envolvente del edificio. [7]

Las mediciones de las condiciones en los edificios existentes se utilizan como parte de las evaluaciones posteriores a la ocupación . Las evaluaciones posteriores a la ocupación también pueden incluir encuestas [8] de los ocupantes del edificio para recopilar datos sobre la satisfacción y el bienestar de los ocupantes y para recopilar datos cualitativos sobre el desempeño del edificio que pueden no haber sido capturados por los dispositivos de medición.

Muchos aspectos de las ciencias de la construcción son responsabilidad del arquitecto (en Canadá, muchas firmas de arquitectura emplean a un tecnólogo en arquitectura para este propósito), a menudo en colaboración con las disciplinas de ingeniería que han evolucionado para manejar las preocupaciones de las ciencias de la construcción "no relacionadas con la construcción": Civil ingeniería , ingeniería estructural , ingeniería sísmica , ingeniería geotécnica , ingeniería mecánica, ingeniería eléctrica, ingeniería acústica e ingeniería de códigos de incendios. Incluso el diseñador de interiores inevitablemente generará algunos problemas relacionados con la ciencia de la construcción.

Temas

Calidad ambiental interior (IEQ)

La calidad ambiental interior (IEQ) se refiere a la calidad del entorno de un edificio en relación con la salud y el bienestar de quienes ocupan el espacio dentro de él. El IEQ está determinado por muchos factores, incluida la iluminación, la calidad del aire y la temperatura. [9] A los trabajadores a menudo les preocupa tener síntomas o condiciones de salud debido a la exposición a contaminantes en los edificios donde trabajan. Una razón de esta preocupación es que sus síntomas a menudo mejoran cuando no están en el edificio. Si bien las investigaciones han demostrado que algunos síntomas y enfermedades respiratorias pueden estar asociados con edificios húmedos, [10] aún no está claro qué mediciones de contaminantes interiores muestran que los trabajadores corren riesgo de contraer enfermedades. En la mayoría de los casos en que un trabajador y su médico sospechan que el ambiente del edificio está causando una condición de salud específica, la información disponible de las pruebas médicas y del ambiente no es suficiente para establecer qué contaminantes son responsables. A pesar de la incertidumbre sobre qué medir y cómo interpretar lo que se mide, las investigaciones muestran que los síntomas relacionados con los edificios están asociados con las características del edificio, incluidas las características de humedad, limpieza y ventilación.

Los ambientes interiores son muy complejos y los ocupantes de los edificios pueden estar expuestos a una variedad de contaminantes (en forma de gases y partículas) provenientes de máquinas de oficina, productos de limpieza, actividades de construcción, alfombras y muebles, perfumes, humo de cigarrillos, materiales de construcción dañados por el agua, crecimiento microbiano (fúngico, moho y bacteriano), insectos y contaminantes exteriores. Otros factores, como la temperatura interior, la humedad relativa y los niveles de ventilación, también pueden afectar la forma en que las personas responden al ambiente interior. Comprender las fuentes de los contaminantes ambientales interiores y controlarlos a menudo puede ayudar a prevenir o resolver los síntomas de los trabajadores relacionados con la construcción. Se encuentran disponibles orientaciones prácticas para mejorar y mantener el ambiente interior. [11]

El entorno interior del edificio cubre los aspectos ambientales en el diseño, análisis y operación de edificios energéticamente eficientes, saludables y confortables. Los campos de especialización incluyen arquitectura, diseño HVAC , confort térmico , calidad del aire interior (IAQ), iluminación , acústica y sistemas de control .

sistemas de climatización

Los sistemas mecánicos, generalmente un subconjunto de los servicios de construcción más amplios, utilizados para controlar la temperatura, la humedad, la presión y otros aspectos seleccionados del ambiente interior a menudo se describen como sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Estos sistemas han aumentado en complejidad e importancia (a menudo consumen alrededor del 20% del presupuesto total en edificios comerciales) a medida que los ocupantes exigen un control más estricto de las condiciones, los edificios se hacen más grandes y los cerramientos y las medidas pasivas se vuelven menos importantes como medio para brindar comodidad.

La ciencia de la construcción incluye el análisis de los sistemas HVAC tanto para los impactos físicos (distribución del calor, velocidades del aire, humedades relativas, etc.) como para el efecto sobre la comodidad de los ocupantes del edificio. Debido a que la comodidad percibida por los ocupantes depende de factores como el clima actual y el tipo de clima en el que se encuentra el edificio, las necesidades de que los sistemas HVAC proporcionen condiciones cómodas variarán según los proyectos. [12] Además, se han implementado y estudiado varias estrategias de control de HVAC para contribuir mejor a la comodidad de los ocupantes. En los EE. UU., ASHRAE ha publicado estándares para ayudar a los administradores e ingenieros de edificios a diseñar y operar el sistema. [13] En el Reino Unido, CIBSE publicó una directriz similar . [14] Además de la práctica industrial, las estrategias de control avanzadas también se analizan ampliamente en la investigación. Por ejemplo, el control de retroalimentación de circuito cerrado puede comparar el punto de ajuste de la temperatura del aire con las mediciones del sensor; [15] el control de respuesta a la demanda puede ayudar a evitar que la red eléctrica tenga una carga máxima al reducir o cambiar su uso en función de una tarifa que varía en el tiempo. [16] Con la mejora del rendimiento computacional y los algoritmos de aprendizaje automático , la predicción del modelo sobre la carga de refrigeración y calefacción con un control óptimo puede mejorar aún más la comodidad de los ocupantes al preoperar el sistema HVAC. [17] Se reconoce que la implementación de estrategias de control avanzadas está dentro del alcance del desarrollo de sistemas de automatización de edificios (BMS) con tecnologías de comunicación inteligentes integradas, como Internet de las cosas (IoT). Sin embargo, uno de los principales obstáculos identificados por los profesionales es la escalabilidad de las lógicas de control y el mapeo de datos de construcción debido a la naturaleza única de los diseños de los edificios. Se estimó que debido a una interoperabilidad inadecuada, la industria de la construcción pierde $15,8 mil millones de dólares anualmente en los EE. UU. [18] Proyectos de investigación recientes como Haystack [19] y Brick [20] pretenden abordar el problema utilizando esquemas de metadatos , que podrían proporcionar información más precisa y formas convenientes de capturar puntos de datos y jerarquías de conexión en la construcción de sistemas mecánicos. Con el apoyo de modelos semánticos, la configuración automatizada puede beneficiar aún más la puesta en marcha del control de HVAC y las actualizaciones de software. [21]

Sistemas de cerramiento (sobre)

El cerramiento del edificio es la parte del edificio que separa el interior del exterior. Esto incluye la pared, el techo, las ventanas, losas a nivel y las juntas entre todos ellos. El confort, la productividad e incluso la salud de los ocupantes de los edificios en áreas cercanas al cerramiento del edificio (es decir, zonas perimetrales) se ven afectados por influencias exteriores como el ruido, la temperatura y la radiación solar, y por su capacidad para controlar estas influencias. Como parte de su función, el cerramiento debe controlar (no necesariamente bloquear o detener) el flujo de humedad, calor, aire, vapor, radiación solar, insectos o ruido, al tiempo que resiste las cargas impuestas a la estructura (viento, sísmica). La transmitancia de luz natural a través de los componentes acristalados de la fachada se puede analizar para evaluar la menor necesidad de iluminación eléctrica. [22]


Construyendo sostenibilidad

Parte de la ciencia de la construcción es el intento de diseñar edificios teniendo en cuenta el futuro y los recursos y realidades del mañana. Este campo también puede denominarse diseño sostenible . Aparte del campo del diseño, alrededor del 40% del consumo de energía [23] y el 13% de las emisiones de carbono [24] están relacionados con el funcionamiento de los sistemas HVAC de los edificios. Para mitigar el rápido cambio climático, la industria de la construcción adopta fuentes de energía renovables , como la energía solar y eólica, para respaldar la generación de electricidad. Sin embargo, el perfil de la demanda eléctrica muestra un desequilibrio entre oferta y demanda, lo que se conoce como la ' curva del pato '. Esto podría afectar el mantenimiento de la estabilidad del sistema de red. [25] Por lo tanto, se desarrollan otras estrategias, como los sistemas de almacenamiento de energía térmica, para lograr mayores niveles de sostenibilidad reduciendo la potencia máxima de la red. [17]

Un impulso hacia la construcción de energía cero, también conocido como construcción de energía neta cero, ha estado presente en el campo de las ciencias de la construcción. Las calificaciones para la certificación de edificios Net Zero Energy se pueden encontrar en el sitio web de Living Building Challenge .

Evaluación posterior a la ocupación (POE)

POE es un método basado en encuestas para medir el desempeño del edificio después de que el entorno construido fue ocupado. Las respuestas de los ocupantes se recopilaron mediante consultas estructuradas o abiertas. A menudo se utilizaban métodos estadísticos y visualización de datos para sugerir qué aspectos (características) del edificio apoyaban o eran problemáticos para los ocupantes. Los resultados pueden convertirse en conocimiento de diseño para que los arquitectos diseñen nuevos edificios o proporcionen una base de datos para mejorar el entorno actual.

Certificación

Aunque no existen certificaciones profesionales directas o integradas de arquitectura o ingeniería para las ciencias de la construcción, existen credenciales profesionales independientes asociadas con las disciplinas. Las ciencias de la construcción suelen ser una especialización dentro de las áreas amplias de la práctica de la arquitectura o la ingeniería. Sin embargo, existen organizaciones profesionales que ofrecen credenciales profesionales individuales en áreas especializadas. Algunos de los sistemas de calificación de edificios ecológicos más destacados son:

También existen otras instituciones de acreditación y certificación de sostenibilidad de edificios. También en Estados Unidos, los contratistas certificados por el Building Performance Institute, una organización independiente, anuncian que operan negocios como científicos de la construcción. Esto es cuestionable debido a su falta de formación y credenciales científicas. Por otro lado, en Canadá la mayoría de los Asesores Energéticos Certificados tienen una experiencia más formal en ciencias de la construcción. Muchos de estos oficios y tecnólogos requieren y reciben cierta capacitación en áreas muy específicas de las ciencias de la construcción (por ejemplo, estanqueidad al aire o aislamiento térmico).

Lista de las principales revistas de ciencias de la construcción

Ver también

Referencias

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