Laboratorio de materiales CANMET

Laboratorio de materiales CANMET

El edificio es una lección de economía en la implementación de estrategias bioclimáticas y el uso de materiales

Edificación pública para estimular la industria
El ministerio de energía, minería, materiales y bosques de Canadá, más conocido como Natural Resources Canada, tiene dos centros de investigación de materiales, conocidos como Canmet MATERIALS. En estos centros, los más grandes de su tipo en dicho país, se realiza la fabricación, procesamiento y evaluación de nuevas soluciones de materiales y metales para las industrias de la energía, el transporte y la construcción. Hace 6 años, Canmet MATERIALS reubicó su Laboratorio de Tecnología de Materiales (MTL, por Material Technology Laboratory) desde la ciudad de Ottawa a la ciudad de Hamilton, para estar más cerca de los sectores industriales del acero y la manufactura de materiales. Con ello, el gobierno Canadiense vio la oportunidad de dar un avance al futuro de dicha industria y convertirse en una pieza clave en su desarrollo sustentable.

 
Imagen 1: Esquina sur-oeste del CANMET Hamilton, en el entorno urbano del McMaster Innovation Park (MIP). Destaca en la esquina la ubicación de la biblioteca, y en la fachada oeste la protección solar deacero perforado, los paneles solares térmicos en la cubierta, y el gran muro solar.Créditos: Elizabeth Gyde

Imagen 2: Vista de la fachada norte, destacando la plaza donde su ubican los 80 pozos geotérmicos. Créditos: Canmet material, Natural ResourceCanada
Imagen 3: Cista de la fachada oeste durante el atardecer, destacando la protección solar de acero perforado. Créditos: shopmetaltech

El nuevo edificio, conocido como CANMET Hamilton, de 16.500m2 construidos, alberga laboratorios y espacios de oficina, además de un complejo programa industrial a escala piloto de fundición, laminado, soldadura, corrosión y pruebas mecánicas junto con evaluaciones de microestructura y pruebas de radiación. Con más de 800 equipos personalizados, además de equipos de laboratorio genéricos, CANMET Hamilton es un edificio complejo y con uso intensivo de energía. El edificio se inserta en el McMaster Innovation Park (MIP), un nuevo desarrollo de 18 hectáreas tipo campus, que alberga en un entorno urbano una creciente comunidad gubernamental, institucional y de investigación, siendo CANMET el primer edificio en construirse.  Fue certificado LEED Platino en 2013, el tercer laboratorio de investigación en lograr esta calificación en Canadá. El uso de esta certificación desde etapas tempranas del proyecto generó un Proceso de Diseño Integrado (PDI), que fue fundamental en el diseño resultante de la arquitectura y la estructura: se fijó la meta de reducir en forma significativa el uso de energía del edificio en un 70% respecto al edificio anterior de CANMET, algo particularmente difícil para un laboratorio, superando las ya exigentes metas del gobierno canadiense para el 2030 de reducir en un 50% el consumo. Así, el equipo del proyecto tomó el desafío y el compromiso de crear un edificio de laboratorio de vanguardia, con una elegante solución de diseño, y que integrara ambiciosas medidas de diseño sustentable para un laboratorio: envolvente térmica de alto rendimiento, uso de energías renovables, maximización de luz natural y vistas, ventilación natural por desplazamiento, flexibilidad espacial y generación de espacios públicos comunitarios.
 

Imagen 4: Plano de emplazamiento de Camnet Hamilton. Créditos:Diamond Schmitt Architects
Imagen 5: Plantas de arquitectura. Destaca la ubicación de la biblioteca en la esquina sur-oeste, las oficinas en el perímetro sur y oeste, y los laboratorios al centro y norte del edificio. Créditos:Diamond Schmitt Architects
Imagen 6: Vista área del edificio Camnet Hamilton, inserto en los recintos del McMasterInnovation Park. Destaca que el lugar era un sitio industrial abandonado. Créditos: Google Maps

Integración en el entorno
El desarrollo del campus MIP transformó un sitio industrial de 18 hectáreas en una zona productiva e innovadorade una manera ambientalmente sustentable. Su alto nivel de responsabilidad y gestión ambiental está guiado por un Plan Maestro con certificación LEED y un programa de recuperación de sitios contaminados. Estos planes incluyen la remediación de áreas contaminadas y protocolos de control de polvo, plantación de especies vegetales autóctonas, manejo de aguas pluviales, estanques de retención, reutilización de aguas pluviales y mitigación de islas de calor, estrategias que exceden los requerimientos establecidos por el municipio de la Ciudad de Hamilton.

Desde la reubicación, las actividades de CANMET han continuado creciendo. Al ser el edificio ancladel MIP, ha sido el referente para desarrollar una serie de estrategias en el entorno, tales como ciclovías y estacionamientos de bicicletas, paradas de transporte público, estacionamientos y espacios compartidos con otras instituciones que se han ubicado en el MIP. Así, se colocaron dos rutas de transporte público con una parada fuera del edificio, y se convenció al municipio de Hamilton en reducir el requerimiento mínimo de 140 espacios de estacionamiento vehiculares, de forma de incentivar el uso del transporte público y de la bicicleta. Si bien las ventanas de los laboratorios se localizan típicamente a 3 metros como mínimo sobre el nivel exterior, por petición del cliente, las terrazas exteriores penetran el perímetro del edificio para proporcionar espacios al aire libre, a la vez que contribuyen a ajardinar el espacio público. Cabe destacar la plaza del campus, situada directamente al norte del edificio, que incluye 80 pozos geotérmicos que proporciona calor en invierno y enfriamiento en verano para CANMET y los nuevos edificios del campus.

El proyecto de paisajismo exterior de CANMET está diseñado para introducir un 50 por ciento de especies nativas, a la vez que reduce los volúmenes de escorrentía y mejora la calidad del agua que llega a los afluentes que corren dentro del campus.


Imagen 7: Sección esquemática del edificio, donde destacan las estrategias de iluminación natural y de vistas al exterior. Créditos: Diamond Schmitt Architects

Imágenes 8 a 10: Vista del atrio centro, de gran calidad ambiental y tratamiento de materiales, destacando el acero en las escaleras, muros cortina y estructura de techumbre. Créditos: Peter Sellar

Diseño bioclimático: llevando luz y aire al laboratorio
La orientación, el volumen y la distribución del programa fueron evaluadas por el equipo de diseño en función de las características climáticas del lugar. Los arquitectos desarrollaron modelos de masa simple para probar diversas soluciones. La orientación alargada sur-norte ofreció la mejor solución en términos de iluminación natural y control térmico, complementado con el uso de protecciones solares y la selección de acristalamientos de alto rendimiento. Los laboratorios de gran altura interior generan calor y por lo tanto se colocaron al lado norte del edificio (orientación que no recibe radiación solar directa en la latitud en la que se ubica el proyecto). Se diseñó una gran superficie de techo orientada al sur para aprovechar la radiación solar como fuente de energía renovable. Fundamental dentro de las estrategias pasivas fueel control de las pérdidas de calor por la envolvente. Una piel térmica de alto rendimiento y un triple acristalamiento apropiado para un edificio con un sistema de aire fresco al 100% dio como resultado paredes con un gran espesor de aislación térmica, y con un 24% de relación de ventana a pared.

A pesar que CANMET Hamilton posee una planta extendida de casi una hectárea, el interior tiene un gran nivel de iluminación natural. Atrios y cafés ofrecen a los empleados lugares para reunirse, tanto en el interior como en tres terrazas al aire libre. Se utilizaron claristorios (ventanas altas) para traer la luz natural a los pasillos interiores y los laboratorios. Las oficinas se alinearon en el perímetro del segundo piso para beneficiarse de la luz natural. Se utilizaron reflectores que maximizan la iluminación natural sin generar deslumbramiento, a la vez que proporcionan visión abierta hacia el exterior. Luego de distintas estrategias analizadas, los arquitectos decidieron utilizar una pantalla perforada de acero que redujo las cargas peak de refrigeración y operacional en un 50% a lo largo de la fachada oeste. Por último, se instalaron sensores de luz natural y de ocupación, que activan automáticamente la iluminación artificial y las persianas para reducir el uso de energía eléctrica por  

Para cumplir con el significativo objetivo de una ventilación que proveyera un 100% de aire fresco, se utilizó una estrategia de ventilación por desplazamiento: el suministro de aire se realiza mediante difusores bajos o por el piso registrable, y la extracción se hace a nivel de cielo, proporcionando una excelente calidad del aire y un sistema silencioso en todo el edificio. Sólo los laboratorios centrales del segundo piso reciben una porción de aire recirculado desde las áreas de oficina del perímetro, reduciendo perdidas innecesarias y mejorando el rendimiento. Esta estrategia permite desacoplar la ventilación del sistema radiante de calefacción y refrigeración, reduciendo las pérdidas de energía. Cabe destacar una pared solar tipo muro trombe de 700m2, que proporciona un precalentamiento del aire de ventilación en invierno.

Imágenes 11 y 12: Vista de la protección solar de acero perforado de la fachada oeste (arriba izquierda), y del análisis previo realizado con software especializado para determinar la solución más costo-eficiente. Créditos: Peter A. Sellar, Diamond Schmitt Architects

Imagen 13: Paneles solares térmicos y muro solar en cubierta. Créditos: Peter A. Sellar

Imagen 14: Esquema del funcionamiento del sistema de calefacción radiante desde cielos (flechas naranjas) y del sistema de ventilación por desplazamiento desde piso registrable (flechas verdes). Ambos sistemas están desacoplados para aumentar la eficiencia energética total del edificio. Créditos: Diamond Schmitt Architects

Imagen 15: Estrategias de calefacción y refrigeración; energía geotérmica [A], calefacción y refrigeración radiante por losa de piso en laboratorios [B], calefacción y refrigeración radiante por cielo [C], paneles solares térmicos [D], estanques y cisterna de almacenamiento energía solar [E][F]. Créditos: Diamond Schmitt Architects

Eficiencia energética e hídrica
Las estrategias pasivas de diseño bioclimático descritas anteriormente redujeron la potencia requerida para los sistemas activos de iluminación y climatización.La amplia techumbrepermitió una gran instalación de 209 paneles solares térmicos. La energía recogida se almacena en tanques solares para su posterior utilización en la calefacción radiante y el calentamiento de agua potable. El sistema tiene una autonomía equivalente a tres días de calefacción. Cualquier exceso de energía térmica o de proceso se descarga a 152 m de profundidad a través de los 80 pozos geotérmicos, los que, como se ha mencionado, proveen de energía al edificio y el resto del campus durante todo el año.

Tanto la calefacción radiante como la tubería de enfriamiento se fijan en la masa térmica de losas de techo, mejorando así el rendimiento. Para reducir los problemas de condensación, el sistema radiante se ejecuta a temperaturas moderadas en invierno y verano, respectivamente. En combinación con la envolvente térmica de alto rendimiento, esto proporciona a CANMET temperaturas interiores muy estables. Como ya se mencionó, el uso de ventilación de tipo desplazamiento disminuye el consumo de energía comparado con un sistema tradicional de inyección, mientras que el uso de un recuperador de calor tanto para el sistema de ventilación como el de agua aumenta aún más la eficiencia energética del edificio. Gracias a todo lo anterior, CANMET Hamilton logró reducir en un 77% el consumo energético comparado a un edificio de referencia, un logro aún más exigente que los 50% de reducción que establece como requisito el programa de eficiencia energética 2030 del gobierno canadiense. Este ahorro es posible de verificarse ya queel edificio incluye un sofisticado Sistema de Automatización de Edificios, que se conecta a sub-medidores en todos los puntos principales del consumo de energía, permitiendo el seguimiento de los ahorros de energía, la evaluación comparativa y la mejora continua. El seguimiento de esta información facilita la operación de los sistemas de energéticos implementados, así como la difusiónde los logros de sustentabilidad que se realiza a través de un quiosco interactivo en el vestíbulo, el sitio web de MIP y visitas guiadas.

Respecto a la eficiencia hídrica, CANMET Hamilton tiene una extensa estrategia de reducción y conservación en el uso del agua. Se evaluó la provisión de grandes techos verdes extensivos, pero los análisis arrojaron que era mejor apoyar larecolección y reutilización de agua lluvia. Ésta se lleva desde las cubiertas del edificio hacia una cisterna de 90.000 litros para su reutilización en riego y otros usos, previéndose que el sistema puede cubrir en un 100% la demanda de agua no destinada a consumo humano. Por otra parte, las griferías y artefactos son de bajo caudal y accionados por sensores reducen el uso de agua doméstica, reduciendo en un 92% el consumo de agua potable según los requerimientos LEED, llegando a un consumo de 0,5 m3/ocupante-año. Por otra parte, en los exteriores y terrazas se utilizaron sistemas de hierba y grava para fomentar la infiltración en el suelo y reducir la escorrentíaen un 65% respecto a los volúmenes previos al desarrollo del proyecto.

Materiales: sustentabilidad, durabilidad y flexibilidad
Un poco menos de un tercio del material de construcción de CANMET es reciclado y el 44% del material de construcción fue extraído y fabricado a 800km del sitio, un logro explicado en gran medida por el uso de acero local. Ambos valores superan con creces los umbrales de LEED. Además, se evitó que el 84% de los desechos de construcción fueran a vertederos, mientras que el suelo no contaminado resultante de la excavación fue reutilizado como relleno en otro lugar en el campus MIP. Los materiales y terminaciones son de baja emisión y cumplen los objetivos LEED; el bambú, un material rápidamente renovable, y el olmo local se utilizaron para el suelo de madera. La eficiencia en la cantidad de materiales utilizados, una excelente práctica que no se incluye en la mayoría de los sistemas de certificación tales como LEED, si se implementó en todo el edificio.


Créditos: Diamond Schmitt Architects

Con respecto a la durabilidad y flexibilidad, el equipo de diseño y el cliente definieron que el edificio debía tener una vida útil de al menos 50 años, bajo lo cual se tomó la decisión de qué materiales debía utilizar en el edificio. La flexibilidad del programa era también un objetivo del cliente. Es por ello que las oficinas están organizadas con estaciones de trabajo de concepto abierto en el perímetro y oficinas en el interior, las que pueden crecer y reducirse con facilidad respondiendo a los ajustes en el tipo de oficina según sea necesario. Se incorporó también flexibilidad en los laboratorios, al permitir un espacio adecuado para acomodar equipos adicionales o alterados en función de distintos tipos de usuarios.

Cabe destacar finalmente el uso del acero en todo el edificio y especialmente en los laboratorios; los arquitectos lo utilizan también como símbolo del rol estratégico que este material tiene para la institución y la economía local.

Información adicional

  • Destino:  Laboratorio de materiales
  • Cliente:  McMaster Innovation Park
  • Arquitectos:  Diamond Schmitt Architects
  • Ingenierías: RJC Consulting Engineers, Integral, A. J. Clarke and Associates Ltd
  • Construcción:  EllisDonCorporation
  • Año de construcción: 2011
  • Superficie: 16.500m2
  • Costo:  69 millones dólares (excluido mobiliario)
  • Ubicación:  83 Longwood Road South, Hamilton, Canada.
  • Certificación LEED BD+C Platinum

 

José Tomás Videla Labayru
Arquitecto LEED-AP, MSc, MBA

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