Supervivencia pasiva

En gran parte del mundo desarrollado, existe una fuerte dependencia de la red eléctrica para el suministro de electricidad y gas. Estas redes son la principal fuente de energía para muchas sociedades y, si bien generalmente no se interrumpen, son constantemente propensas a eventos que pueden causar interrupciones, como desastres naturales . En California, incluso se han producido cortes de energía intencionales como medida preventiva en respuesta a incendios forestales causados ​​por líneas eléctricas. ^{[ 3 ]} Cuando ocurre un corte de energía, la mayoría de los sistemas mecánicos de calefacción y refrigeración dejan de funcionar. El objetivo de la supervivencia pasiva es estar preparado para cuando ocurra un evento de este tipo y mantener temperaturas interiores seguras. Si bien los generadores de respaldo pueden proporcionar algo de energía durante un corte, a menudo no es suficiente para las necesidades de calefacción y refrigeración ni para una iluminación adecuada. ^{[ 1 ]}

El calor es la principal causa de muerte relacionada con el clima en los EE. UU. ^{[ 4 ]} Las olas de calor que coinciden con cortes de energía ponen en riesgo muchas vidas debido a la incapacidad de un edificio para mantener bajas las temperaturas. Incluso sin un corte de energía, la falta de acceso a aire acondicionado o la falta de fondos para pagar la electricidad también resaltan la necesidad de métodos pasivos para mantener un ambiente térmico habitable. ^{[ 4 ]} Uno de los problemas que aborda la supervivencia pasiva es considerar las diversas formas de mantener la resistencia térmica de la envolvente de un edificio para evitar que una habitación se vuelva insoportable en caso de no tener acceso a sistemas estándar de regulación de temperatura.

En los meses de invierno, los cortes de energía o la falta de una fuente de combustible para la calefacción representan una amenaza cuando hay frentes fríos . ^{[ 1 ]} Las construcciones con fugas y el aislamiento deficiente dan como resultado una rápida pérdida de calor, lo que provoca que las temperaturas interiores bajen.

Durante una sequía , el suministro limitado de agua significa que una comunidad debe usar menos, lo que puede implicar restricciones obligatorias en el uso del agua. Los períodos secos prolongados pueden provocar incendios forestales , que aumentan el nivel de devastación. ^{[ 5 ]} El suelo arcilloso que se seca puede causar la rotura de tuberías principales de agua y dañar viviendas e infraestructura. ^{[ 6 ]} Las sequías también pueden causar cortes de energía en áreas donde las centrales termoeléctricas son la principal fuente de electricidad. ^{[ 7 ]} Los electrodomésticos y el paisajismo que ahorran agua son cruciales en lugares con escasez de agua.

Los desastres naturales como huracanes , terremotos , tornados y otras tormentas pueden provocar la destrucción de infraestructuras que suministran electricidad, agua y energía esenciales. ^{[ 8 ]} Las inundaciones tras precipitaciones extremas representan una grave amenaza para los edificios y los servicios públicos. La consiguiente escasez de electricidad o agua puede ser más peligrosa que el propio desastre, y a menudo se prolonga más que este. ^{[ 9 ]}

Las amenazas terroristas y el ciberterrorismo también pueden provocar una interrupción en el suministro eléctrico. Los ataques a centrales eléctricas o segmentos importantes de distribución, o el pirateo del sistema de control de una red eléctrica, son posibles amenazas que podrían interrumpir el suministro de electricidad, agua o combustible. ^{[ 8 ]}

Cuando un edificio tiene una construcción con fugas o un aislamiento deficiente , se pierde el calor deseado en invierno y el aire acondicionado en verano. ^{[ 10 ]} Esta pérdida se compensa bombeando más calefacción o refrigeración mecánica al edificio para compensar la diferencia. Dado que esta estrategia es obsoleta durante un corte de energía, el edificio debe ser capaz de mantener temperaturas internas durante períodos de tiempo más prolongados. Para evitar la pérdida de calor por infiltración , la envolvente térmica debe construirse con un mínimo de roturas y juntas, y las grietas alrededor de ventanas y puertas deben sellarse. La estanqueidad al aire de un edificio se puede comprobar mediante una prueba de puerta soplante.

El calor también se pierde por transmisión a través de las numerosas superficies de una habitación, incluyendo paredes, ventanas, suelos, techos y puertas. El área y la resistencia térmica de la superficie, así como la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, determinan la tasa de pérdida de calor. ^{[ 10 ]} El aislamiento continuo con altos valores R reduce la pérdida de calor por transmisión en paredes y techos. Las ventanas de doble y triple acristalamiento con recubrimientos especiales reducen la pérdida a través de las ventanas. ^{[ 9 ]} La práctica del superaislamiento reduce considerablemente la pérdida de calor gracias a los altos niveles de resistencia térmica y hermeticidad.

La capacidad de calentar pasivamente un edificio es beneficiosa durante los meses más fríos del invierno para ayudar a mantener los niveles de temperatura elevados. Los sistemas solares pasivos recolectan y distribuyen la energía del sol sin el uso de equipos mecánicos como ventiladores o bombas. La calefacción solar pasiva consiste en vidrios orientados al ecuador (orientados al sur en el hemisferio norte) para recolectar energía solar y masa térmica para almacenar el calor. ^{[ 10 ]} Un sistema de ganancia directa permite que la radiación de onda corta del sol entre en una habitación a través de la ventana, donde las superficies del piso y las paredes actúan como masa térmica para absorber el calor, y la radiación de onda larga queda atrapada en el interior debido al efecto invernadero . ^{[ 10 ]} Se deben usar relaciones adecuadas de acristalamiento a masa térmica para evitar el sobrecalentamiento y proporcionar una calefacción adecuada. ^{[ 11 ]} Un muro Trombe o sistema de ganancia indirecta coloca la masa térmica justo dentro del acristalamiento para recolectar calor durante el día para su uso nocturno debido al desfase temporal de la masa. ^{[ 10 ]} Este método es útil si no se requiere iluminación natural, o puede usarse en combinación con ganancia directa. Una tercera técnica es un espacio solar o sistema de ganancia aislada, que recolecta energía solar en un espacio separado adjunto al edificio, y que puede funcionar como área habitable durante la mayor parte del año. ^{[ 10 ]}

Las estrategias de evitación del calor pueden utilizarse para reducir las necesidades de refrigeración durante los periodos de calor extremo del año. Esto se logra principalmente mediante dispositivos de sombreado y la orientación del edificio. En el hemisferio norte, las ventanas deben colocarse principalmente en las fachadas orientadas al sur, que reciben la mayor cantidad de sol durante el invierno, mientras que deben evitarse las ventanas en las fachadas este y oeste debido a la dificultad para sombrearlas y la alta radiación solar durante el verano. ^{[ 10 ]} Se pueden diseñar voladizos fijos que bloqueen el sol durante los periodos de calor extremo y permitan su paso durante los periodos de calor extremo. Los dispositivos de sombreado móviles son los más apropiados debido a su capacidad de respuesta al entorno y a las necesidades del edificio. ^{[ 10 ]} El uso de colores claros en techos y paredes es otra estrategia eficaz para reducir la ganancia de calor al reflejar el sol.

La ventilación natural puede utilizarse para aumentar el confort térmico durante los periodos más cálidos. Existen dos tipos principales de ventilación natural: la ventilación de confort y la refrigeración nocturna. La ventilación de confort introduce aire exterior que circula sobre la piel y aumenta su enfriamiento por evaporación, creando un ambiente térmico más confortable. ^{[ 10 ]} La temperatura no necesariamente disminuye a menos que la temperatura exterior sea inferior a la interior; sin embargo, el movimiento del aire aumenta el confort. Esta técnica es especialmente útil en climas húmedos. Cuando no hay viento, una chimenea solar puede aumentar el flujo de ventilación aprovechando la energía solar para incrementar la flotabilidad del aire. ^{[ 12 ]}

El enfriamiento nocturno aprovecha el aire frío de la noche para expulsar el aire caliente del edificio y reducir la temperatura interior. La estructura enfriada actúa entonces como un disipador de calor durante el día, evitando así la entrada de aire caliente exterior. El enfriamiento nocturno es más eficaz en lugares con grandes variaciones de temperatura diurnas , como en climas cálidos y secos. ^{[ 10 ]} Con ambas técnicas, la sola instalación de ventanas practicables no garantiza una ventilación natural adecuada; el edificio debe diseñarse para asegurar un flujo de aire apropiado.

Cuando se corta la luz, las habitaciones en el centro de un edificio suelen recibir poca o ninguna luz. Diseñar un edificio para aprovechar la luz natural en lugar de depender de la iluminación eléctrica lo hará más resistente a los cortes de energía y otros eventos. La iluminación natural y la ganancia solar pasiva suelen ir de la mano, pero en verano se busca una luz natural "fresca". Por lo tanto, el diseño de iluminación natural debe proporcionar una iluminación adecuada sin añadir calor no deseado. La luz solar directa y la luz reflejada del cielo tienen diferentes niveles de radiación. ^{[ 10 ]} El diseño de iluminación natural debe reflejar las necesidades del edificio tanto en su clima como en su función, y diferentes métodos pueden lograrlo. Las ventanas orientadas al sur y al norte son generalmente las mejores para la iluminación natural, y los ventanales o miradores en el techo pueden llevar la luz natural al centro de un edificio. ^{[ 10 ]} Colocar ventanas más arriba en una pared hará que la luz llegue más adentro de la habitación, y otros métodos como los estantes de luz pueden hacer que la luz llegue más adentro de un edificio al reflejar la luz en el techo. ^{[ 10 ]}

Los edificios deben diseñarse para mantener condiciones térmicas adecuadas sin necesidad de aire acondicionado ni calefacción adicional. Proporcionar generadores de respaldo y combustible suficiente para mantener las funciones críticas de un edificio durante los cortes de energía son soluciones convencionales para las interrupciones del suministro eléctrico. Sin embargo, a menos que sean de gran tamaño, los generadores solo satisfacen las necesidades básicas durante un corto período de tiempo y es posible que no puedan alimentar sistemas como el aire acondicionado, la iluminación o incluso la calefacción o la ventilación durante cortes prolongados. Los generadores de respaldo también son costosos, tanto en su compra como en su mantenimiento. Almacenar cantidades significativas de combustible en el sitio para alimentar los generadores durante cortes prolongados conlleva riesgos ambientales y de seguridad inherentes, especialmente durante tormentas.

Renewable energy systems can provide power during an extreme event. For example, photovoltaic (or solar electric) power systems, when coupled with on-site battery storage can provide electricity when the grid loses power. Other fuel sources like wood can provide heat if buildings are equipped with wood-burning stoves or fireplaces.

Emergency water supply systems such as rooftop rainwater harvesting systems can provide water for toilet flushing, bathing, and other building needs in the event of water supply interruptions. Rain barrels or larger cisterns store water from runoff that can often use a gravity-feed to obtain the water for use. Installing composting toilets and waterless urinals ensure those facilities can continue to function regardless of the circumstance, while reducing water consumptions on a daily basis. Having backup sources of potable water on-site is also a necessity in the case of water interruption.^[5]

Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) is a widely used green building certification in the United States. As of LEED version 4, there is a pilot credit called “Passive Survivability and Backup Power During Disruptions” under LEED BD+C: New Construction.^[14] The credit is worth up to two points, with one point awarded for providing for passive survivability and thermal safety, and one point awarded for providing backup power for critical loads. For the passive survivability point, the building must maintain thermally safe conditions during a four-day power outage during both peak summer and peak winter conditions.^[14] LEED lists three paths to compliance for thermal safety, two of which consist of thermal modelling, and the remaining path being Passive House certification.

Aunque la resiliencia pasiva no se menciona explícitamente en los dos principales estándares de casas pasivas , Passive House Institute y Passive House Institute US (PHIUS), las estrategias pasivas que hacen que estos edificios sean tan eficientes energéticamente son las mismas que se describen para la resiliencia pasiva. Los edificios que obtienen la certificación de casa pasiva cumplen con algunos de los criterios principales para la resiliencia pasiva, incluyendo la construcción hermética y el superaislamiento . ^{[ 15 ]} Muchos edificios también contarán con paneles fotovoltaicos in situ para compensar el consumo de energía. Estos edificios, que dependen muy poco de la energía, serán más resistentes a los cortes de energía y a las condiciones climáticas extremas. ^{[ 15 ]}

RELi es un sistema de calificación de edificios y comunidades basado completamente en el diseño resiliente. Ha sido adoptado por el Consejo de Construcción Verde de EE. UU ., el mismo organismo que desarrolló LEED. ^{[ 16 ]} La categoría de Adaptación y Mitigación de Peligros tiene varios créditos relacionados con la supervivencia pasiva. Un crédito obligatorio es "Operaciones Fundamentales de Emergencia: Seguridad Térmica Durante Emergencias", que requiere que las temperaturas interiores sean iguales o inferiores a las temperaturas exteriores en verano y superiores a 50  °F en invierno durante un máximo de cuatro días. ^{[ 17 ]} Otra forma de cumplir es proporcionar una zona térmica segura con espacio suficiente para todos los ocupantes del edificio. Existe un policrédito opcional, "Operaciones Avanzadas de Emergencia: Energía de Respaldo, Operaciones, Seguridad Térmica y Agua Operativa", que incorpora otras medidas de supervivencia pasiva, como el almacenamiento de agua. ^{[ 17 ]} Otro policrédito, "Seguridad Térmica Pasiva, Confort Térmico y Estrategias de Diseño de Iluminación", describe más estrategias pasivas, incluyendo refrigeración pasiva , calefacción pasiva e iluminación natural . ^{[ 17 ]}