linz self sufficient village: de m² a kWh a dólares

linz self sufficient village es un ejercicio académico que entrópica desarrolló en agosto de 2020. algunos datos y costos están desactualizados, pero el concepto sigue vigente.

el encargo

el estudio plantea una aldea nueva en europa central, sobre un terreno sin desarrollar. el objetivo es un modelo de desarrollo con huella de carbono negativa.

ubicación del proyecto en europa central

la primera fase aloja entre 100 y 200 personas y deja espacio para crecer. el estudio usa 200 personas para el dimensionamiento. el programa incluye:

70 unidades de vivienda (20 townhouses y 50 unidades de co-living).
siete edificios comunitarios: restaurantes, café, mercado, escuela, teatro al aire libre, centro deportivo y oficinas.
infraestructura de distrito: climatización, residuos, electricidad, agua y agricultura urbana.

flujos de recursos: desarrollo convencional contra aldea autosuficiente

en un desarrollo convencional, los recursos llegan de la región y los residuos salen de ella. en la aldea, los residuos de cada uso regresan a la producción de energía y de alimentos dentro de la misma aldea.

por qué densidad media

el estudio elige una construcción de densidad media y uso mixto por tres razones:

uso del suelo. convertir suelo verde en suelo urbano emite una parte importante del carbono global. la densidad media ocupa menos suelo.
forma compacta. menos superficie exterior por volumen pierde menos calor en invierno.
energía solar. en densidad media, la superficie de techo disponible para paneles está cerca de la demanda de energía. en alta densidad, la demanda supera la superficie de techo.

la estrategia para los edificios es:

confort pasivo en invierno con una envolvente bien aislada.
confort pasivo en verano con una fachada sombreada y ventilada.
menos residuos de construcción.
residuos de operación de vuelta al ciclo.

otras decisiones: pagos sin efectivo, espacio público para bicicletas sobre superficies permeables y autos solo en el perímetro.

clima de referencia

índice UTCI, modelo de confort UTCI, trayectoria solar y rosa de vientos de linz

el estudio usa el clima de linz, austria, como referencia (estación del aeropuerto de linz, 110100). según el análisis UTCI:

las temperaturas y la humedad son moderadas durante el año.
cerca de 35% de las horas del año está en confort térmico.
la probabilidad de estrés por calor es baja o nula.
hay viento y sol disponibles para confort pasivo y para generar energía.
el clima moderado reduce el desgaste de los materiales y el costo de mantenimiento.

programa: de personas a m²

uso	supuesto	superficie
townhouses	20 unidades × 5 personas, 130 m² por unidad	2,600 m² (2,860 m² brutos)
co-living	50 unidades × 2 personas, 60 m² por unidad, más 150 m² de coworking	3,150 m² (3,465 m² brutos)
escuela	60 estudiantes × 4 m², más administración	280 m²
restaurantes	18% de las comidas fuera de casa = 800 comidas por semana	3 comedores de 45 m² y cocina central de 60 m²
café y coworking	—	100 m² de café y 75 m² de coworking
mercado con huerto en el techo	82% de las comidas en casa, 2.5 m² por persona	550 m²
centro deportivo	10% de la población (20 personas) × 3 m², sin canchas	60 m²
oficinas	110 trabajadores formales × 12 m²	1,320 m²

el estudio calcula 140 trabajadores: los 40 adultos de las familias y las 100 personas jóvenes del co-living. de estos, 30 trabajan de forma informal en el café y el coworking del co-living. los otros 110 necesitan oficina.

dimensionamiento de vivienda: townhouses y co-living

dimensionamiento de la escuela

dimensionamiento de restaurantes y café

dimensionamiento del mercado con huerto en el techo

dimensionamiento del centro deportivo

infraestructura de distrito

sistema	función	envolvente
central de climatización	calefacción, enfriamiento y control de humedad para toda la aldea	tipo 1
planta de biomasa	recibe los residuos orgánicos de viviendas y comercios y genera parte de la electricidad	tipo 1
agricultura urbana en ambiente controlado	produce vegetales durante todo el año	tipo 2
planta de agua	extrae, purifica y distribuye el agua potable	tipo 1
generación renovable	paneles solares, geotermia o viento, con baterías	tipo 1
centro de datos subterráneo	telecomunicaciones y servidores de la aldea	tipo 1

energía y generación

uso	superficie	intensidad (EUI)	demanda anual
residencial	6,325 m²	175 kWh/m²·año	1,106,875 kWh
comercial	2,800 m²	126 kWh/m²·año	352,800 kWh
total	9,125 m²	—	1,459,675 kWh (1.46 GWh)

las intensidades parten de una línea base mejorada con guías de diseño de alto desempeño. la climatización representa cerca de 70% de la demanda.

sistema	capacidad	costo estimado (2020)
opción A: paneles solares	~1 MW	USD 1,848,000.00
opción B: viento	~500 kW	USD 1,500,000.00
climatización	1 caldera de 30 t y 2 calderas de 15 t	USD 230,000.00
biogás	unidad prefabricada	USD 17,500.00
huerto en el techo	550 m² × USD 1,320.00/m²	USD 726,000.00
planta de agua	tanques, bombas y tratamiento de lodos	USD 266,466.00

con la opción A, la infraestructura de distrito suma cerca de USD 3.1M.

envolventes: cuatro tipos

tipo	uso	techo	paredes	vidrio
1	plantas de infraestructura	lámina metálica con poliisocianurato	revestimiento metálico, espuma en aerosol, panel de yeso	PVC, doble vidrio low-E, solo al sur y en tragaluces
2	agricultura urbana	ETFE sobre estructura de aluminio aislada, con aberturas operables	ETFE	—
3	comercio y co-living	techo verde intensivo sobre lámina metálica	revestimiento metálico, espuma en aerosol, panel de yeso	PVC, doble vidrio low-E, operable
4	townhouses	estructura de madera, poliisocianurato, teja de pizarra	estructura de madera, espuma en aerosol, panel de yeso	PVC, triple vidrio low-E, operable

todos los tipos con losa usan concreto de alto desempeño, excepto el tipo 4, que usa entrepiso de madera.

tipo	techo	paredes	losa	vidrio	total
1	150 m² × USD 160 = USD 24,000	200 m² × USD 152 = USD 30,400	150 m² × USD 236 = USD 35,400	50 m² × USD 785 = USD 39,250	USD 129,050
2	944 m² de ETFE (techo y paredes) × USD 1,345 = USD 1,269,680	(incluido)	560 m² × USD 236 = USD 132,160	—	USD 1,401,840
3	2,335 m² × USD 376 = USD 877,960	4,744 m² × USD 152 = USD 721,088	5,935 m² × USD 236 = USD 1,400,660	1,898 m² × USD 785 = USD 1,489,616	USD 4,489,324
4	900 m² × USD 87 = USD 78,300	3,240 m² × USD 96 = USD 311,040	2,700 m² × USD 150 = USD 405,000	1,620 m² × USD 825 = USD 1,336,500	USD 2,130,840
total					USD 8,151,054

costos unitarios de 2020, en USD/m². el cálculo usa una altura de 4 m por piso. el área de paredes no descuenta el área de vidrio.

el vidrio es la partida mayor en los tipos 3 y 4. el ETFE es la partida mayor en el tipo 2.

qué aplica al trópico

el clima de linz es frío y moderado. el de panamá es cálido y húmedo todo el año. algunas decisiones del estudio no aplican al trópico. otras sí:

decisión	en el trópico
densidad media y uso mixto	aplica. el argumento de uso del suelo y de techo solar es el mismo.
forma compacta para retener calor	aplica en parte. la forma compacta reduce la ganancia de calor solar, pero la planta debe ser angosta para permitir la ventilación cruzada.
envolvente muy aislada y triple vidrio	no aplica como prioridad. en el trópico, la sombra y el control de la radiación solar van primero.
climatización de distrito	aplica como enfriamiento de distrito, con un chiller central en lugar de calderas.
residuos orgánicos a biogás	aplica.
dimensionamiento de personas a m² a kWh a dólares	aplica. es el método más útil del estudio.

conclusión

el método de dimensionamiento, de personas a m², a kWh y a dólares, aplica en cualquier clima. la densidad media, el uso mixto y el cierre de los ciclos de energía, agua y residuos aplican también en panamá. lo que cambia es la envolvente.