La nueva e innovadora central energética de la Universidad de Stanford ha sido el corazón del proceso de transformación del sistema energético de todo el campus de esta prestigiosa casa de estudios de Estados Unidos. La central reemplaza la anterior planta de cogeneración, que se basaba 100% en combustibles fósiles, por un sistema basado principalmente en energía eléctrica, de la cual el 65% proviene de fuentes renovables, y un sistema de recuperación de calor único en su tipo, el que reduce significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso de combustibles fósiles y agua. La instalación comprende un edificio administrativo de energía neta positiva (es decir produce más energía de la que consume), una planta de recuperación de calor, una planta de refrigeración y calefacción, un patio de servicio y una nueva subestación eléctrica. Diseñado para integrarse cuidadosamente en el campus circundante, y a pesar de su función industrial, el edificio expresa ligereza, transparencia y sustentabilidad, reflejando el propósito de esta instalación y la nueva estrategia energética de la Universidad de Stanford.
Imagen 1: Vista del acceso principal del edificio, destacando su paisajismo de especies nativas, su estructura de acero, y la cubierta compuesta de paneles fotovoltaicos. Créditos: Tim Griffith
Visión y decisión plasmadas en el diseño
En 2011, la Universidad de Stanford examinó opciones para reemplazar su ya envejecida planta central de cogeneración, teniendo en cuenta los costos del ciclo de vida para construir una nueva planta en un horizonte operativo de 35 años, y considerando su compromiso con ser carbono neutral. El proceso de análisis y decisión brindó una oportunidad para demostrar la aspiración de Stanford de ser líder en gestión ambiental, innovación tecnológica y ser una de las principales universidades de enseñanza e investigación del mundo. Reconociendo que el cambio climático causado por las emisiones de gases de efecto invernadero es el mayor desafío ambiental y socioeconómico de la actualidad, Stanford se propuso elevar su nivel de eficiencia operacional, desarrollando soluciones de alcance global pero aplicarlas en su propio campus.
Desde un inicio se buscó que el proyecto implementara las mejores prácticas internacionales en calefacción y refrigeración urbana, con ingenieros, fabricantes y constructores colaborando para transformar la planta de Stanford en uno de los sistemas energéticos distritales más eficientes del mundo. El Plan de Energía y Clima de Stanford identificó necesidades significativas y simultáneas de calefacción y refrigeración en sus edificios debido a sus diversos programas de uso (incluyendo laboratorios de investigación y de salud) y sus características constructivas.
Imagen 2: Esquema del campus, destacando todos sus edificios y redes de distribución desde y hacia la central energética ubicada a la izquierda de la imagen.Créditos: Stanford University
Imagen 3: Vista aérea de la planta energética. Se observa el acceso principal y la gran estructura de acero que sostiene la instalación fotovoltaica, los estanques de acumulación y el patio de transformadores eléctricos.Créditos: Steve Proehl
Basado en esta sinergia, el proyecto reemplazó la antigua planta de cogeneración de gas natural y el circuito de vapor del campus, con una planta de ´regeneración´ eléctrica que suministra agua caliente y refrigerada al campus y los hospitales del sector. Este singular proyecto, que a su vez permite una autonomía de servicio de 72 horas, reduce las emisiones totales del campus en un 68% y el uso de agua potable en un 18%, ahorrando un estimado de $ 420 millones de dólares en los próximos 35 años.
Si bien es esencialmente una instalación de generación energética, el edificio muestra su eficiencia a través de un diseño elegante e integrado, situado con sencillez al borde del campus, resaltando el tanque de almacenamiento de agua caliente y exhibiendo el equipo mecánico interior. Además cuenta con un ala administrativa diseñado bajo los principios de arquitectura bioclimática, optimizando la iluminación natural y la ventilación natural.
Integración al entorno social y ambiental
Al ser principalmente una instalación energética con grandes transformadores eléctricos, el proyecto fue deliberadamente ubicado en un borde del campus. Para asegurar la conectividad de los usuarios y visitantes, un servicio de enlace conecta la instalación con el campus central (a 1.2 kilómetros de distancia) y con el sistema de trenes regional.
El edificio incluye también estacionamientos de bicicletas, duchas y camarines. Respecto al impacto sobre los vecinos, el equipo del proyecto involucró a la comunidad durante todo el proceso de diseño. Como resultado de ese proceso, el proyecto minimiza los impactos visuales de los grandes tanques de energía térmica, ya que estos son apantallados por el edificio y se asientan a 8 metros por debajo del nivel del terreno exterior, reduciendo su altura aparente.
Imagen 4: Vista del patio central y el apantallamiento de los estanques de acumulación. Créditos: Tim Griffith
Imagen 5: Escalera central del edificio, junto a la cual se crearon gradas para que visitantes y alumnos se sentaran durante las charlas que se realizan en el lugar. Créditos: Tim Griffith
Imagen 6: Vista interior de las instalaciones térmicas, las que también poseen iluminación natural y que permiten ser observadas por los visitantes al edificio. Créditos: Robert Canfield
Un patio de entrada y una escalera central proporcionan espacio para reuniones y clases comunitarias. Para potenciar su rol de espacio educativo y demostrativo, se instalaron quioscos y monitores interactivos, y las instalaciones energéticas pueden ser vistas a través de muros cortina. Además, Stanford ha ofrecido más de 150 giras a una audiencia internacional para mostrar el proyecto presencialmente. Entre los visitantes se encuentran el Consejo Presidencial de Asesores en Ciencia y Tecnología, el Comité Nacional de Sostenibilidad de Francia, la Comisión de Energía de California y los Jóvenes Líderes Globales del Foro Económico Mundial. De esta forma, el proyecto es más que una simple planta de energía: es un laboratorio vivo que proporciona a los miembros de la comunidad, organizaciones externas y estudiantes una visión de primera mano de los sistemas y tecnologías utilizadas.
La inserción en el entorno natural parte por una decisión de localización y emplazamiento. El proyecto reestructura una porción del campo de golf de la universidad. Los límites del proyecto y la huella del edificio fueron modificados deliberadamente para evitar el impacto en el hábitat nativo de algunas especies, en especial la salamandra, así como la conservación de varios robles existentes. El 100% del paisajismo utiliza plantas nativas que permiten fauna local o migratoria. El riego es por goteo, mientras que una grava porosa ayuda a descargar la escorrentía de las aguas pluviales y recargar la capa freática, complementando las cuencas de retención biológica que son una característica primaria del diseño paisajístico del proyecto. Con esta combinación de estrategias de bio-retenedores, pavimento poroso y flora nativa, el proyecto remueve el 90% de sólidos suspendidos en la escorrentía de agua lluvia, así como metales como cobre, zinc, plomo y fósforos.El proyecto se acogió a una exigencia municipal que estipula que la descarga de aguas pluviales no causará un aumento en el potencial de erosión respecto a la condición existente anterior al proyecto. Por ello, las cuencas de retención biológica fueron diseñadas con capacidad de almacenamiento y controles de salida de modo que las velocidades y duraciones de descarga de aguas pluviales del proyecto coincidan con las de la condición previa del terreno.
Imágenes 7 y 8: Vista de las fachadas principales del edificio, destacando su paisajismo de especies nativas, su estructura de acero, y la cubierta compuesta de paneles fotovoltaicos. Créditos: Matthew Anderson, Robert Canfield
Las demandas de agua potable fueron reducidas considerablemente gracias al proyecto. La nueva instalación ahorra 480.000 metros cúbicos de agua al año, representando el 18% del uso de agua potable de todo el campus de Stanford. El cambio del sistema de energía distrital basado en vapor a uno en base a agua caliente redujo las pérdidas en todo el sistema del campus, utilizando el calor residual del circuito de retorno de agua para satisfacer el 93% de las demandas de calefacción del campus, reduciendo también la necesidad de torres de enfriamiento. El edificio cuenta con accesorios de bajo flujo para minimizar el uso de agua potable: grifos de lavabo de 1,3 litros/minuto, grifos de cocina de 5,6 litros/minuto, grifos de baños de 4,8 litros/minuto, y urinarios de 0.47 litros/descarga. Con todo esto, la instalación proporciona una reducción del consumo de agua potable del 67% respecto de la anterior instalación de cogeneración, lo que equivale a hacer 557 edificios típicos de oficinas con cero consumos de agua. Cabe señalar que el proyecto fue diseñado para conectar con un futuro sistema municipal que proveerá agua no potable para enfriamiento de procesos y riego de paisajismo nativo; las mayores demandas de agua en el lugar.
El ciclo de la energía
La nueva central genera la electricidad, calefacción y refrigeración para los edificios del campus, reduciendo las emisiones de Gases de Efecto Invernadero en un 68% en base a diversas estrategias, poniendo con ello a Stanford en el camino hacia la neutralidad climática. Cabe destacar que el campus incluye grandes edificios de salud e investigación con altas demandas de agua caliente, la mayoría ocurriendo en forma simultánea a las demandas de enfriamiento de otros edificios. Los grandes tanques de almacenamiento de energía térmica ayudan a equilibrar estas demandas y proporcionan el desplazamiento de la carga a los períodos no puntade demanda, de manera que el calentamiento puede proporcionarse sin el uso de combustibles fósiles, como suele ocurrir para cubrir demandas punta, y el enfriamiento sin torres de enfriamiento. Asimismo, el 93% de la calefacción y el agua caliente para los edificios del campus es ahora suministrada por la recuperación del calor del sistema de agua de retorno.
Respecto a la reducción de la demanda de energía propia del edificio, cabe destacar que de gran importancia fueron los conceptos de arquitectura bioclimática. Una combinación de plantas al aire libre con techos altos, ventiladores y ventanas operables permite la ventilación natural y la iluminación natural durante todo el año. Un material de cambio de fase situado en el techo proporciona masa térmica adicional para reducir las temperaturas. La climatización mediante piso radiante y vigas frías proporcionan acondicionamiento cuando es necesario. Un amplio techo sombreado con una instalación fotovoltaica integrada de 175 kW, mitiga la radiación solar directa durante la mayor parte del día y contribuye al rendimiento neto de energía positiva del edificio, al proporcionar cuatro veces las necesidades energéticas del edificio.Con todo lo anterior, el edificio tiene un consumo estimado de 73 kWh/m2/año pero un uso neto de -210 kWh/m2/año, ya que produce más de lo que consume, inyectado a la red del campus.
Habitabilidad
El edificio aprovecha el clima soleado, cálido y seco de California, creando un lugar de trabajo interior y exterior. Asimismo, la gran sombra que proporciona la cubierta fotovoltaica permite un amplio acristalamiento de piso a techo y ventanas operables en todas las fachadas.Losas radiantes proporcionan calefacción y refrigeración.
Las plantas de arquitectura del edificio son de 9 metros de ancho, lo que sumado a las sombras arrojadas por la cubierta, permiten que el 100% de los ocupantes del edificiotengan iluminación natural sobre los 300 luxes al menos un 50% del año, sin riesgo de deslumbramiento y con vistas abiertas al exterior. Una terraza cubierta sirve de espacio para reuniones y descansos, y la escalera central, al aire libre como la mayor parte de la circulación del edificio, es un espacio constantemente ocupado por los trabajadores y visitantes. Incluso las zonas más industriales de la instalación tienen una generosa luz natural, con una serie de tragaluces translúcidos y muros cortina diseñados para proporcionar luz ambiente durante las horas diurnas. Cuando la iluminación natural es insuficiente, se utiliza el sistema de iluminación LED, el que es controlado a través de sensores de ocupación y controles de regulación de luz diurna.
Imágenes 9 y 10: Vista de los espacios exteriores cubiertos para la estructura de acero y la instalación fotovoltaica, permitiendo a los trabajadores y visitantes disfrutar del clima de California. Créditos: Robert Canfield
Las pinturas son de bajo contenido de compuestos orgánicos volátiles o COV, logrando un ambiente interior más saludable. La paleta de materiales busca dar cuenta de la riqueza de los edificios del campus de Stanford. Se ha utilizado ampliamente el acero de Corten, así como elementos estructurales de acero, que son altamente recuperables al final de su vida útil. Paneles estructurales laminados proporcionan la base para el sistema fotovoltaico de cubierta.
Información adicional
- Destino: Oficinas, servicios básicos
- Cliente: Stanford University
- Arquitectos: ZGF Architects
- Ingenierías: BKF Engineers, Affiliated Engineers Inc, Rutherford + Chekene
- Construcción: The Whiting-Turner Contracting Company
- Año de construcción: 2015
- Superficie: 50.000m2
- Costo: 175millones dólares (excluido mobiliario)
- Ubicación: Stanford, California, Estados Unidos
José Tomás Videla Labayru
Arquitecto LEED-AP, MSc, MBA
