Factor de Forma (FF) en las edificaciones
Recientemente, al evaluar un proyecto hospitalario de más de 60.000 m² bajo la Certificación de Edificio Sustentable (CES), notamos que sus bases hacían referencia al manual de buenas prácticas para establecimientos de salud, el cual sugería un factor de forma (FF) compacto de 0.3. Pero, ¿qué implica realmente este número?
El Factor de Forma: ¿Qué es y por qué importa?
El factor de forma se define como la relación entre la superficie de la envolvente (piel o perímetro) de un edificio y su volumen. En términos simples, . Un FF de 0.3, por ejemplo, en una planta de 100 m² con 2.5 m de altura (un volumen de 250 m³), implicaría una superficie de envolvente de 75 m² distribuida entre muros, ventanas, pisos y techos.
Desde la perspectiva de la transferencia de calor, reducir la “piel” del edificio disminuye los flujos calóricos, lo que se traduce en un menor gasto energético en climatización. Este aspecto es crucial, ya que aproximadamente el 40% de la energía consumida en centros hospitalarios se destina a este fin. De ahí la importancia de diseñar edificaciones “compactas”.
El Problema: El FF y el Tamaño del Edificio
Surge una pregunta fundamental: ¿Es el factor de forma independiente del tamaño del edificio? ¿Puede un edificio pequeño alcanzar el mismo FF que uno mediano o uno enorme? La realidad es que el factor de forma se relaciona directamente con el volumen: a mayor volumen, menor será la superficie de envolvente proporcionalmente. Esto significa que los volúmenes muy grandes tienden a ser más eficientes energéticamente que los pequeños.
Para ilustrar esto, consideremos que al diseñar edificaciones, se suele trabajar con la superficie (metros cuadrados). Las alturas de recintos habitables están relativamente estandarizadas: 2.5 m en viviendas, 3 m en oficinas y 3.5 m en hospitales.
Si tomamos una casa cuadrada de 100 m² con 2.5 m de altura, su FF es de 1.2 , muy lejos del “ideal” de 0.3. Si esa misma casa se construye en dos pisos (50 m² por planta), su FF disminuye a 0.96, lo que la acerca a ser más compacta, pero aún distante del 0.3.
Por otro lado, un hospital de 20.000 m², si fuera un solo bloque cuadrado de un piso, tendría un FF de 0.6. Si se construyera en cuatro pisos, su FF se reduciría a 0.19. Sin embargo, la habitabilidad de estos espacios es clave; es inviable tener plantas sin ventanas de 140 m o 70 m. Por esta razón, los hospitales suelen adoptar diseños con varias torres.
Un hospital de 120.000 m² presenta un FF de 0.58 en un piso y 0.16 en cuatro pisos. Esto nos lleva a concluir que el FF “compacto” de 0.3 en volúmenes grandes no es solo una simple relación perímetro-volumen, sino que está limitado por condiciones de “habitabilidad” o la necesidad de accesibilidad al exterior a través de ventanas. El FF de 0.3 es bastante adecuado para hospitales con una lógica de torres y entre 20.000 y 40.000 m², pero responde a una condición de diseño implícita y no es fácilmente extrapolable a volúmenes mucho mayores.
Propuesta de Resolución: El Factor de Forma Absoluto
Proponemos una metodología simplificada para evaluar el FF sin el sesgo de un diseño predefinido. Al diseñar, conocemos la superficie útil del proyecto, que al multiplicarla por la altura nos da el volumen, un parámetro esencial para el FF.
La figura geométrica con el menor factor de forma posible es una esfera. Aunque no podemos construir espacios esféricos habitables, podemos compararnos con el valor mínimo absoluto de envolvente que implicaría contener un volumen de diseño necesario.
Así, para cualquier volumen requerido por el diseño, siempre podemos conocer el FF absoluto o valor mínimo posible, el cual es invariante. El Factor de Forma Absoluto () para una esfera se calcula como: .
Aplicando esto, el para la casa de 100 m² sería 0.77, para un hospital de 20.000 m² sería 0.11, y para uno de 120.000 m² sería 0.065.
Para evitar la imposición de factores de forma estáticos que pueden generar errores al mezclar superficies muy diferentes, se propone compararse con el y establecer una relación frente a este.
Considerando ciertas condiciones de entrada, se puede parametrizar de forma preliminar, obteniendo valores de FF relacionados con el . Por ejemplo, para una edificación de 200 m², su es 0.54 y un FF factible y compacto ronda el 0.93. Por lo tanto, la Relación de Factor de Forma (RFF) que se debería solicitar sería: .
Para un hospital de 20.000 m², la RFF sería 250% ( 0.30 / 0.12). Para uno de 100.000 m², la RFF sería 329% ( 0.23 / 0.07).
Parametrizar las edificaciones existentes o una muestra representativa no es complejo. Un estudio de recopilación de datos podría entregar valores de FF y RFF más acordes con las condiciones de uso y dimensiones particulares. Con esto, se podrán proponer FF alcanzables, factibles y con una base fundada para volúmenes de cualquier dimensión, evitando la imposición de valores que “funcionan” bajo características o condiciones de borde implícitas.
Por Matías Yachan, Gerente General E3 Ingeniería.