Generador de esquemas de viviendas unifamiliares
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Generador de esquemas de viviendas unifamiliares energéticamente eficientes Informe técnico Autores: Pablo Hidalgo Merino, Manuela Ruiz Montiel, David Belmonte García Proyecto de investigación: FC14­TIN­40 Universidad de Málaga, Programa de fortalecimiento de las capacidades de I+D+I en las universidades 2014­2015, de la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo, cofinanciado por el fondo europeo de desarrollo regional (FEDER) Málaga, 30 de junio de 2015 Introducción Sistema generador Fases de diseño Fases del proceso Fase 1 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida Gramática de formas simple Conjunto de criterios de diseño Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Fase 2 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida Gramática de formas simple Fase 2.1 Colocando ámbitos Fase 2.2 moviendo ámbitos Conjunto de criterios de diseño Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Fase 3 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida Gramática de formas simple Conjunto de criterios de diseño Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Fase 4 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida Gramática de formas simple Evaluación eficiencia energética Sistema constructivo Método de evaluación Ejemplos de vivienda Vivienda ­ perímetro 34 m Vivienda ­ perímetro 36 m Conclusiones Referencias 1 Introducción Las gramáticas de forma son una herramienta poderosa para generar grandes conjuntos de diseños diferentes en base a un conjunto fijo de reglas. Además, mediante el uso de métodos de aprendizaje por refuerzo se pueden obtener mecanismos/métodos para crear software que autoevalue los diseños que crea y pueda ir aprendiendo sobre ellos y cómo ha de actuar para crear diseños mejores. Este proyecto trata sobre la creación automatizada de plantas de viviendas unifamiliares eficientes energéticamente, esto se hace mediante gramáticas de formas y los algoritmos de aprendizaje Q y Sarsa. El objetivo de este informe técnico es ilustrar cómo nuestro software genera plantas de viviendas unifamiliares mediante las tecnologías mencionadas anteriormente. Los criterios a tener en cuenta para determinar si un esquema puede funcionar como vivienda unifamiliar básica son los mismos que los que se consideraron en [Ruiz­Montiel et al, 2013][1], a saber: los extraídos de la normativa de viviendas desarrollada por el estudio Montaner & Muxí para la Junta de Andalucía [Montaner & Muxí, 2008][2]. Adicionalmente, en esta propuesta se consideran criterios relacionados con el diseño eficiente de edificios, es decir, buenas prácticas extraídas de la literatura científica relacionada con el diseño solar pasivo de edificios. Sistema generador Al igual que en [Ruiz­Montiel et al, 2013][1], utilizamos gramáticas de formas como sistema generador de esquemas. Las gramáticas utilizadas son no expertas, es decir, están compuestas por reglas simples que no tienen en cuenta los criterios de diseño, al menos no en su totalidad (algunos criterios, como el tamaño de ciertos módulos, puede ser incorporado fácilmente en las reglas). Sin embargo, una ejecución aleatoria de dichas reglas da lugar a esquemas inservibles o de bajo valor como esquemas de vivienda: es necesario utilizar alguna guía adicional para determinar qué reglas aplicar en cada paso, es decir, una política de actuación. Para aprender dicha política utilizamos técnicas de aprendizaje por refuerzo. Concretamente los Algoritmos Q y Sarsa. 2 Fases de diseño La complejidad de nuestro propósito implica la necesidad de dividir la generación de los esquemas de viviendas en diferentes fases en las que se abordan distintas fases del diseño. 1. Diseño del contorno de la vivienda 2. Posicionamiento de los distintos ámbitos y entrada de la vivienda 3. Posicionamiento de huecos La salida de cada fase es una forma incompleta que sirve como entrada para la siguiente fase (excepto en la última, en la cual la salida es el esquema final de una vivienda unifamiliar básica energéticamente eficiente). Por ejemplo, la primera fase genera un contorno vacío a partir del cual se añade la cocina en la siguiente fase. Así, para cada fase necesitamos definir los siguientes elementos: 1. Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida: los datos necesarios para poder realizar cada fase deben estar bien definidos, así como, explicar los pasas necesarios para obtener ese tipo de datos, de la misma forma, debe explicarse con detalle la salida de cada fase y como se debe interpretar. 2. Gramática de formas simple: este punto es el que define qué acciones son posibles, estas acciones definen el conjunto de estados al que se puede llegar, en este estudio se ha intentado minimizar al máximo la complejidad de estas reglas. 3. Conjunto de criterios de diseño , avalados por guías institucionales y/o la literatura científica relacionada. Estos criterios se considerarán principalmente en la recompensa del algoritmo de aprendizaje por refuerzo, pero de manera alternativa también podrán tenerse en cuenta en el test de estado final y, cuando sea particularmente sencillo, en las mismas reglas de la gramática 4. Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo utilizado para aprender la política de actuación. Dicha configuración comprende la definición del estado final para los episodios de aprendizaje, la recompensa y los rasgos para generalizar los distintos estados. En este documento se propone, para cada fase, una configuración inicial. Sin embargo, dada la dificultad de determinar adecuadamente esta configuración a priori, a lo largo de la implementación del sistema se irá refinando de manera iterativa, según los resultados que arrojen los procesos de aprendizaje. Trabajaremos en planta, con gramáticas de formas definidas en dos dimensiones. Sin embargo, será posible visualizar los esquemas en 2.5 dimensiones, asignando una altura fija a las paredes y a los elementos internos de la vivienda que lo requieran. Para facilitar dicha visualización utilizaremos gramáticas de formas con capas [Ruiz­Montiel et al., 2014][3], ubicando elementos con distintas alturas en distintas capas. 3 Fases del proceso El proceso de creación se ha divido en tres fases independientes, las decisiones tomadas en una fase ya no pueden ser modificadas una vez se pase a la siguiente fase. Cada fase tiene entrada, salida, reglas y axiomas distintos. Fase 1: Diseño del contorno de la vivienda Fase 2: Posicionamiento de los distintos ámbitos y entrada de la vivienda Fase 3: Posicionamiento de huecos Fase 4: Transformación de huecos Fase 1 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida La forma de entrada [F1­ENT] de esta fase es el axioma inicial del sistema. La forma de entrada es la siguiente: Fig. 01 Esta forma está compuesta por cuatro etiquetas blancas, que indican cuatro paredes, y una negra, que señala el interior. El segmento de pared mide un metro. También existe la posibilidad de introducir una parcela que delimite los límites donde debe estar contenido el contorno. Dada una parcela tipo, con una geometría determinada y orientación del norte geográfico, se toma el perímetro y para introducir los datos en el software, se toma el contorno resultante de la suma de dos equidistancias, una referente a la separación mínima a linderos según normativas urbanísticas y otra que corrija la distancia más desfavorable desde el centro de un módulo a su perímetro. ­ Distancia mínima según normativa urbanística para viviendas unifamiliares: 3 m ­ Distancia más desfavorable desde el centro de un módulo a su contorno: 0.71 m 4 Fig. 02 Fig. 03 Gramática de formas simple La gramática de formas de esta fase [F1­GF] viene determinada por una única regla Fig. 04 Consideramos que los segmentos de nuestro axioma son de un metro de longitud, por lo que nuestro axioma estaría representando un cuadrado de 1x1 metros. Empezando por el axioma, aplicando la regla 47 veces obtenemos una forma de 48 metros cuadrados, que es el tamaño de planta de nuestra vivienda objetivo. Obviamente la aplicación de esta regla de manera aleatoria produce formas de todo tipo siendo muchas de ellas absurdas o de bajo valor como contorno de una vivienda. 5 Formas generadas aplicando la regla 47 veces de manera aleatoria Ejemplo Ejemplo con parcela Fig. 05 Fig. 06 (Los puntos morados indican los vértices de la parcela contenedora) Conjunto de criterios de diseño Criterios relacionados con la habitabilidad, extraídos de [ Montaner & Muxí, 2008][2] ● [F1­CH1] El área de la vivienda ha de ser como mínimo de 48 metros cuadrados Criterios relacionados con la eficiencia energética, extraídos de [Pacheco et al., 2012] 2 ● [F1­CE1] La compacidad del contorno (área / perímetro ) ha de maximizarse ● [F1­CE2] La porción de fachada orientada al sur (perímetro sur/perímetro total) ha de maximizarse Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Estado final [F1­EFIN] : el contorno encierra 48 metros cuadrados. Recompensa [F1­REC] : sobre el estado final: Para los estados no finales, la recompensa es nula. Rasgos : cinco rasgos con valores comprendidos entre 0 y 1 ● Rasgo 1 [F1­RAS1] : número de etiquetas negras con un vecino (otra etiqueta negra) / tamaño final del contorno 6 ● ● ● ● ● Rasgo 2 [F1­RAS2] : número de etiquetas negras con dos vecinos/ tamaño final del contorno Rasgo 3 [F1­RAS3] : número de etiquetas negras con tres vecinos / tamaño final del contorno Rasgo 4 [F1­RAS4] : número de etiquetas negras con cuatro vecinos / tamaño final del contorno Rasgo 5 [F1­RAS5] : longitud de la proyección sur del contorno / tamaño final del contorno Rasgo 6 [F1­RAS5] : longitud de la proyección este del contorno / longitud de la proyección sur del contorno Fase 2 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida La forma de entrada [F2­ENT] de esta fase es cualquier forma producida por la fase 1 [F1­SAL] . La forma de salida de esa fase [F2­SAL] es un contorno con el distribuidor, la cocina, el baño, los ámbitos no especializados y el acceso a la vivienda posicionados. Gramática de formas simple Esta fase consta de dos partes, durante la primera parte de la fase 2 se colocan los ámbitos por pares, siguiendo una serie de reglas que se describen a continuación, y en la segunda parte se mueven los ámbitos en pares siguiendo un conjunto de reglas diferente. 7 Fase 2.1 Colocando ámbitos 8 9 Fig. 07 Fase 2.2 moviendo ámbitos 10 11 12 Fig. 08 13 Los círculos coloreados representan diferentes ámbitos, respetando el siguiente sistema de colores Ámbito no especializado Distribuidor Cocina Baño Entrada Fig. 09 Conjunto de criterios de diseño Criterios relacionados con la habitabilidad, adaptados de [ Montaner & Muxí, 2008][2]. ● [F2­CH4] El espacio del baño ha de estar formado como mínimo por dos módulos de 180x90 cm de base ● [F2­CH5] Como mínimo han de existir dos ámbitos no especializados, una cocina, un baño, un acceso y un ámbito distribuidor ● [F2­CH6] El cuarto de baño no ha de solaparse con otros ámbitos ● [F2­CH7] En cada ámbito no especializado ha de poder inscribirse un círculo de 2.8 metros de diámetro Adicionalmente, en [Montaner & Muxí, 2008][2] se establecen una serie de criterios de adyacencia resumidos en el siguiente diagrama (las relaciones de adyacencia en las que la entrada está implicada no forman parte del conjunto de criterios original; lo hemos añadido nosotros): Tales criterios quedan particularizados en la siguiente lista: ● [F2­CH8] La distancia entre el distribuidor y el acceso a la vivienda es menor de 4 metros ● [F2­CH9] La distancia entre el distribuidor y el primer ámbito no especializado está comprendida entre 2 y 4 metros ● [F2­CH10] La distancia entre el distribuidor y el segundo ámbito no especializado está comprendida entre 2 y 4 metros ● [F2­CH11] La distancia entre el acceso a la vivienda y la cocina es menor de 4 metros ● [F2­CH12] La distancia entre la cocina y algún ámbito no especializado es menor de 4 metros 14 ● [F2­CH13] La distancia entre el baño y algún ámbito no especializado es menor de 4 metros [F2­CH14] La distancia entre el baño y el distribuidor es menor de 4 metros ● Criterios relacionados con la eficiencia energética, adaptados de [Passivhaus, 2011][4] ● [F2­CE1] La distancia entre un ámbito no especializado y alguna pared orientada al sur o al este es menor de 2 metros. ● [F2­CE2] La distancia entre el otro ámbito no especializado y alguna pared orientada al sur o al este es menor de 2 metros. ● [F2­CE3] La distancia entre un ámbito no especializado y alguna pared orientada al sur es menor que 2 metros y la distancia entre el otro ámbito no especializado y una pared orientada al este es menor de 2 metros. Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Estado final [F2­EFIN] : el ámbito distribuidor, la cocina, el baño, dos ámbitos no especializados y el acceso a la vivienda han sido ubicados. Recompensa [F2­REC] : sobre el estado final, se parte de 0 y se van sumando las siguientes cantidades: ● Para los criterios [F2­CH6] y [F2­CH7] : +2 si se cumple, ­2 en caso contrario. ● Para cualquier criterio en los intervalos [F2­CH8]­[F2­CH11] y [F2­CE1]­[F2­CE3] : +1 si se cumple, ­1 en caso contrario. ● Para cualquier criterio en el intervalo [F2­CH12]­[F2­CH14]: +0.5 si se cumple, ­0.5 en caso contrario. Para el resto de los estados (no finales), la recompensa es nula. Esta recompensa está normalizada de 0 y 1. Rasgos : 57 rasgos binarios, 3 por cada casilla coloreada en la siguiente tabla de distancias entre distintos elementos: 15 Fig. 10 Las siglas de la primera fila y columna de la tabla corresponden a los siguientes elementos: ● D: Distribuidor ● C: Cocina ● B: Baño ● NE1: Ámbito no especializado 1 ● NE2: Ámbito no especializado 2 ● A: Acceso a la vivienda ● PS: Pared sur ● PE: Pared este Cada casilla representa la distancia entre dos ámbitos de distinto tipo. Dicha distancia ha sido dividida en tres intervalos: ● Distancia inferior a 2 metros ● Distancia comprendida entre 2 y 4 metros ● Distancia superior a 4 metros Las casillas que representan distancias relevantes han sido coloreadas. Una casilla puede ser irrelevante por representar distancias entre ámbitos idénticos, distancias que ya se han considerado en la casilla simétrica o distancias que simplemente no son interesantes . Así, para cada casilla coloreada tendremos tres rasgos binarios. Como máximo uno de ellos podrá ser igual a 1 en un esquema determinado. Si todos son igual a 0, quiere decir que alguno de los ámbitos implicados aún no ha sido añadido. 16 Fase 3 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida La forma de entrada [F3­ENT] de esta fase es cualquier forma producida por la fase 2 [F2­SAL ] La forma salida de la fase 3 representa una vivienda familiar con dos ámbitos no especializados, un baño, un distribuidor, una entrada y distintos huecos en la fachada para diferentes tipos de ventana Gramática de formas simple La gramática de formas de esta fase [F2­GF] viene determinada por las siguientes reglas: Fig. 11 No están permitidas rotaciones para estas reglas. 17 Los círculos sobre segmentos de pared representan huecos, Cada color de etiqueta representa un tipo de hueco diferente, en el cual se introducirá una ventana del catálogo con las dimensiones establecidas y su correspondiente protección solar. Configuración de ventanas / huecos Según las orientaciones, se generan huecos que deberán responder a tales situaciones. De este modo, se plantea un catálogo de huecos tipo para cada una de ellas. Fig. 12 Se han diseñado elementos de protección solar para los huecos tipos y garantizar de este modo una mejor eficiencia energética de las viviendas generadas. Estos elementos han sido diseñados teniendo en cuenta el recorrido del sol y ángulos de inclinación de los rayos solares en las distintas estaciones del año, permitiendo sombrear los huecos en verano y el soleamiento de los mismo en invierno. 18 ­ ­ ­ Huecos orientados al sur: se coloca un cajón metálico diseñado para protegerse del sol en aquellas épocas y horas que resultan más dañinos permitiendo captar el sol en las épocas en las que sí resulte beneficioso. Huecos orientados a este y oeste: se diseñan unas lamas verticales orientables para permitir el paso de la luz o protegerse de ella creando sombra. Este elemento matiza la entrada de luz y la visión del espacio exterior, creando una veladura que no solo mejora las condiciones térmicas de la vivienda, cualifica el espacio y la relación entre interior y exterior. Huecos orientados a norte: Estos huecos reciben una mínima cantidad de radiación del sol a primeras horas de la mañana y a última hora de la tarde y solo durante el verano. No existe necesidad de protegerlo del sol, incluso interesa dejarlo libre para una mayor captación de luz indirecta. Se ha realizado un experimento analizando la eficiencia energética de un modelo generado para comprobar en qué medida afectan a los valores resultantes el hecho de colocar elementos de protección solar. Modelo sin protección solar Modelo con protección solar Fig. 13 Fig. 14 19 La falta de sombreamiento de los huecos permiten una mayor captación de sol, por lo que la demanda anual de calefacción disminuye y se dispara la demanda de refrigeración, llegando casi al límite de lo permitido por la normativa. El modelo analizado provisto de protecciones solares muestra unos valores más estables, creciendo ligeramente la demanda de calefacción pero disminuyendo considerablemente el aporte de frío. Una interpretación racional de estos valores aplicados al confort en la vivienda, nos dice que sin protecciones solares, tendremos una vivienda que se comportará bien en invierno pero que resultará incómoda en verano debido al calor que puede hacer dentro. Protegiéndonos adecuadamente del sol tendremos un espacio habitable que seguirá siendo confortable en invierno y en cambio, en verano, resultará un espacio más fresco. El clima de mediterráneo marítimo de Málaga, se caracteriza por bajas temperaturas y humedad en invierno, y altas temperaturas en verano. El mayor problema de estos climas es que no predomina una de las dos variantes (frío y calor), por lo que no conviene la captación total del sol o la protección total del mismo, sino que requerimos uno u otro dependiendo de la época del año, lo que obliga a tener muy presentes estos elementos de protección así como un correcto diseño para garantizar el confort de las viviendas. Conjunto de criterios de diseño Porcentaje máximo de huecos en fachadas según orientación y material de carpintería. Fig. 15 Málaga: zona A3 Según la normativa, se establece que para Málaga, el máximo porcentaje de hueco que se puede abrir en fachada en cada una de sus orientaciones, es del 60%. 20 La naturaleza de las viviendas que estamos trabajando, nos obliga a un porcentaje menor para poder cumplir las exigencias de eficiencia energética del CTE. Tras analizar diferentes esquemas de vivienda observamos cómo, en base a lo compacto de la forma resultante, los valores de demanda energética se mantienen estables, pero que al sobrepasar los 39 metros de perímetro, estos comienzan a crecer e incluso a sobrepasar el límite permitido, no siendo aptos. De este modo se plantea, que en función del valor del perímetro, varíe el porcentaje de huecos generados en fachadas a razón de la siguiente regla: ● Perímetro ≤ 39 metros: ○ 30% de superficie de huecos sobre el total de superficie de fachada. ○ 40% de superficie de huecos al sur del total de superficie de huecos. ○ 20% de superficie de huecos al este, oeste y norte, del total de superficie de huecos. ● Perímetro ≥ 40 metros: ○ 25% de superficie de huecos sobre el total de superficie de fachada. ○ 40% de superficie de huecos al sur del total de superficie de huecos. ○ 20% de superficie de huecos al este, oeste y norte, del total de superficie de huecos. Para ilustrar estos datos, analizamos diferentes modelos variando su perímetro y realizando una evaluación de la eficiencia energética para comprobar si son aptos. Los modelos 1 y 2 están por debajo de los 39 metros de perímetro, y los modelos 3 y 4 por encima. 21 22 Fig. 15 23 Fig. 16 24 Fig. 17 25 Fig. 18 Criterios relacionados con la habitabilidad ● [F3­CH1] El primer ámbito no especializado ha de tener un hueco asociado. ● [F3­CH2] El segundo ámbito no especializado ha de tener un hueco asociado. ● [F3­CH3] La cocina ha de tener un hueco asociado. ● [F3­CH4] El cuarto de baño ha de tener un hueco asociado. 26 Criterios relacionados con la eficiencia energética: ● [F3­CE1] La superficie acristalada hacia el sur ha de comprender el 40% del total de la fachada sur [Enerbuilding, 2008][5]. ● [F3­CE2] La superficie acristalada hacia el sur ha de comprender el 40% de la superficie acristalada total. ● [F3­CE3] La superficie acristalada hacia el oeste ha de comprender menos del 20% de la superficie acristalada total. Configuración del algoritmo de aprendizaje por refuerzo Estado final [F3­EFIN] : la superficie total acristalada es mayor o igual al 30% del total de la fachada. Recompensa [F3­REC] : sobre el estado final, se parte de 0 y se van sumando las siguientes cantidades: ● +1 si [F3­CH1]­[F3­CH4] se cumple, ­1 en caso contrario. ● +1 si [F3­CE1]­[F3­CE3] se cumple, ­1 en caso contrario. Para el resto de los estados (no finales), la recompensa es nula. Rasgos : doce rasgos binarios ● Rasgo 1 [F3­RAS1] : El número de huecos orientados al sur es inferior a 3. ● Rasgo 2 [F3­ RAS2] : El número de huecos orientados al sur está comprendido entre 3 y 6. ● Rasgo 3 [F3­RAS3] : El número de huecos orientados al sur es superior a 6. ● Rasgo 4 [F3­RAS4]: El número de huecos orientados al este es inferior a 3. ● Rasgo 5 [F3­RAS5]: El número de huecos orientados al este está comprendido entre 3 y 6. ● Rasgo 6 [F3­RAS6] : El número de huecos orientados al este es superior a 6. ● Rasgo 7 [F3­RAS7]: El número de huecos orientados al oeste es inferior a 3. ● Rasgo 8 [F3­RAS8]: El número de huecos orientados al oeste está comprendido entre 3 y 6. ● Rasgo 9 [F3­RAS9] : El número de huecos orientados al oeste es superior a 6. ● Rasgo 10 [F3­RAS10]: El número de huecos orientados al norte es inferior a 3. ● Rasgo 11 [F3­RAS11]: El número de huecos orientados al norte está comprendido entre 3 y 6. ● Rasgo 12 [F3­RAS12] : El número de huecos orientados al norte es superior a 6. 27 28 Fase 4 Caracterización de la forma de entrada y la forma de salida La forma de entrada [F4­ENT] de esta fase es cualquier forma producida por la fase 3 [F3­SAL] La forma salida de la fase 4 representa una vivienda familiar con dos ámbitos no especializados, un baño, un distribuidor, una entrada y distintas soluciones para los huecos de los cerramientos Gramática de formas simple La gramática de formas de esta fase [F4­GF] viene determinada por las siguientes reglas: Los círculos sobre segmentos de pared representan huecos, Cada color de etiqueta representa un tipo de hueco diferente, en el cual se introducirá una ventana del catálogo con las dimensiones establecidas y su correspondiente protección solar. A continuación, se describen 29 30 31 32 33 HUECO TIPO CATÁLOGO Fig. 19 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 HUECO TIPO CATÁLOGO Fig. 20 59 HUECO TIPO CATÁLOGO Fig. 21 60 HUECO TIPO CATÁLOGO Fig. 22 61 HUECO TIPO CATÁLOGO Fig. 23 62 Evaluación eficiencia energética Sistema constructivo Para la construcción y posterior evaluación energética, se establecen los distintos sistemas constructivos tipo para las viviendas unifamiliares. Para la construcción de estructuras y cerramientos, se ha elegido un sistema constructivo capaz de resolver ambos elementos de forma simultánea, eficaz y de rápida y cómoda ejecución en obra. BAUPANEL es un sistema constructivo sismorresistente y termoaislante, basado en un conjunto de paneles estructurales de poliestireno expandido ondulado con una armadura básica adosada en sus caras constituida por mallazos de acero de alta resistencia y barras corrugadas, vinculados entre sí por conectores de acero electrosoldados. Para la ejecución de los huecos, se ha elegido carpinterías de aluminio con rotura de puente térmico y doble acristalamiento con vidrios de bajo factor solar. Fig. 37 Método de evaluación Una vez definido los elementos constructivos que harán posible la construcción de la vivienda, se procede a la valoración de la demanda de energía expresada en kW/m².año para calefacción y refrigeración del espacio interior a través de la herramienta de cálculo LIDER , capaz de medir estos parámetros a través de los sistemas de acondicionamientos pasivos en la edificación (aquellos elementos inherentes a la construcción que no necesitan gasto de energía para acondicionar un espacio: cerramientos y carpinterías) 63 Según normativa CTE DB HE , la demanda máxima de energía para la zona objeto de esta investigación, Málaga, es de 15 kW/m².año. Para esta evaluación, se han elegido de manera arbitraria 2 modelos salida de fase 3. 64 MODELO 1: Forma generadas Fig. 38 65 Distribución interior: Fig 39 Comprobación de eficiencia energética: Fig. 40 Fig. 41 66 MODELO 2: Forma generadas Fig. 42 67 Distribución interior: Fig. 43 Comprobación de la eficiencia energética: Fig. 44 Fig. 45 68 Ejemplos de vivienda Vivienda - perímetro 34 m Esquema inicial Planta de distribución Resultado final: hueco a sur ­ horizontal Resultado final: hueco a sur ­ porche 69 Imagen interior Vivienda - perímetro 36 m Esquema inicial Planta de distribución Resultado final: huecos a sur ­ horizontales 70 Ejemplo de agrupación de viviendas 71 Conclusiones El objetivo de este trabajo es la generación automatizada de esquemas de viviendas unifamiliares habitables y eficientes energéticamente, dando lugar a una gran variedad de soluciones que puedan ser utilizadas como puntos de partida para proyectos arquitectónicos. Para ello se han utilizado gramáticas de formas simples controladas mediante técnicas de aprendizaje por refuerzo. Los criterios de habitabilidad y eficiencia que se han tenido en cuenta en los procesos de aprendizaje han sido extraídos de distintas guías de diseño y también a partir de criterios arquitectónicos. Los resultados de los dos algoritmos de aprendizaje utilizados ( Sarsa y Q­learning) son bastante similares. Durante la realización de los experimentos hemos observado que la configuración de los algoritmos (básicamente los rasgos utilizados para caracterizar las formas y los parámetros de aprendizaje) es la que determina en gran medida la calidad de las formas generadas. De las gráficas que ilustran el proceso de aprendizaje se deduce que hay margen de mejora, siendo necesario para iteraciones futuras afinar la configuración de los algoritmos de aprendizaje. Aun así, se observa que los esquemas generados son interesantes desde el punto de vista arquitectónico, pues aportan variedad y algunos puntos de partida razonables atendiendo a su habitabilidad. Respecto a la eficiencia energética, se han analizado dos esquemas generados por el software, seleccionados de manera arbitraria. El resultado obtenido es que dichos esquemas respetan los criterios de eficiencia energética, dando lugar a viviendas con bajas tasas de consumo eléctrico para climatización, pues cumplen con amplio margen los requisitos de acondicionamientos térmicos marcados por la CTE DB HE. Los parámetros climáticos utilizados durante los experimentos (horas de sol, temperatura media, necesidades de aislamiento…) suponen que las viviendas generadas estarán emplazadas en la provincia de Málaga. El software generado es fácilmente parametrizable con valores propios de otras zonas. También se puede adaptar a la introducción de nuevos tipos de ámbitos o a la variación de la proporción de huecos deseada. Referencias [1] [Ruiz­Montiel et al, 2013] Ruiz­Montiel M, Boned J, Gavilanes J, Jiménez E, Mandow L, de­la Cruz J­LP. Design with shape grammars and reinforcement learning. Adv Eng Inf 2013; [2] [Montaner & Muxí, 2008] Montaner Muxí arquitectes,Propuesta de nueva normativa de viviendas, Technical Report, Dirección general de ordenación del territorio,Junta de Andalucía, 2008. 72 [3] [Ruiz­Montiel et al, 2014] Ruiz­Montiel M, Belmonte, M.V., Boned J, Mandow L, Millán, E., Reyes­Badillo, A.R., de­la Cruz J­LP. Layered Shape Grammars. Computer­Aided Design 2014; [4] [Passivhaus, 2011] Guía del estándar Passivhaus. Edificios de consumo energético casi nulo. Comunidad de Madrid http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia­del­Estandar­Passivhaus­fenercom­2011.p df [5] [Enerbuilding, 2008] Enerbuilding: Eficiencia energética en viviendas. Informe técnico elaborado por la Confederación de Consumidores y Usuarios Españoles (http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/enerbuilding_april08.pdf). Proyecto de la Comisión Europea, 2008 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
