Los primeros pasos hacia el avance de la educación e investigación en Ciencias de la Construcción en arquitectura ocurrieron durante la década de los cincuentas. Fueron pioneros en su trabajo William Wayne Caudill con su investigación sobre el flujo de aire y los hermanos Victor y Aladar Olyay con un acercamiento holístico hacia la creación de un vocabulario arquitectónico mas sensible ambientalmente, éstas expresiones de una tendencia hacia un mejor entendimiento térmico de las construcciones humanas. Fue durante esa década en la Universidad de Princeton, que los hermanos Olgyay desarrollaron el termo-heliodón, un complejo aparato que controlaba la temperatura de bulbo seco, flujo de aire y radiación incidente de un sol artificial bajo un domo transparente. Equipado con sensores para registrar variables ambientales, era una de las primeras herramientas utilizadas para validar la efectividad de un diseño utilizando maquetas.

Desde entonces las escuelas de arquitectura alrededor del mundo desarrollaron programas de educación y se equiparon con instalaciones de investigación en Ciencias de la Construcción. La investigación pone a prueba modelos físicos y virtuales simulados con el uso de computadoras. Uno de éstos laboratorios más avanzados se encuentra en el denominado “College of Environmental Design” de la Universidad de California en Berkeley. Entre sus instalaciones de más importancia se encuentran el Túnel de Viento de Capas Limítrofes, una Cámara de Ambiente Controlado, un Simulador de Cielo Hemisférico, una Esfera de Integración y un Laboratorio de Cómputo.

El Túnel de Viento de Capas Limítrofes, utilizado para propósitos educativos y de investigación, consiste de un gran ventilador de velocidad ajustable que succiona aire a través de una apertura aún mas grande que incluye un sistema de filtrado.El aire es transportado por un túnel de aproximadamente 20′ donde una serie de elementos que condicionan el aire crean capas limítrofes. Estos elementos pueden ser modificados para crear diferentes patrones de turbulencia para representar la mayoría de condiciones terrenales a contra viento del edificio. La maqueta se coloca en una cámara presurizada de aproximadamente 6′ por 8′, donde puede moverse y rotarse. Se mide la velocidad del aire, la presión y la turbulencia sonmedidas con sensores que trabajan en combinación con un sofisticado sistema de adquisición de datos, permitiendo su almacenamiento y la generación de estadísticas en una serie de condiciones virtualmente ilimitada. Además, el flujo de aire puede ser visualizado y fotografiado en ciertos puntos con la ayuda de una sonda generadora de humo.

El Túnel de Viento ha sido utilizado para medir ventilación natural en función de diferentes aperturas, orientación y envoltura y configuración de componentes. También resulta valioso en la evaluación del impacto de un edificio nuevo en un área urbana existente, específicamente con respecto al confort térmico del peatón.

La Cámara de Ambiente Controlado (CAC) fue concebida como un centro de investigación de los aspectos físicos y psicológicos relacionados con el confort térmico, particularmente con respecto a la satisfacción y rendimiento de los trabajadores en un espacio de oficina. Su interior parece una oficina típica a manera de reducir el impacto psicológico negativo del típico laboratorio de pruebas.

Las características térmica de la Cámara, como la temperatura, humedad, ventilacón y niveles de luz pueden ser ajustados a través de una muy amplia gama de intervalos y combinaciones ilimitadas, proporcionando las condiciones para una medición consistente y la habilidad de llevar a cabo estudios paramétricos. La característica sobresaliente de la CAC es su sistema de redistribución de aire configurable que permite la simulación de flujos de aire uniformes en combinación con varias otras configuraciones. Es posible, por ejemplo, replicar ambientes térmicos no-uniformes que frecuentemente ocurren por particiones de oficina o fuentes de calor localizadas. Gracias a su alto nivel de flexibilidad, la Cámara permite realizar una gran variedad de estudios, desde determinación de rangos de confort térmico hasta pruebas de suministro y retorno de flujo de aire y diseño de difusores.

El Simulador de Cielo Hemisférico, desarrollado por el Laboratorio Lawrence Berkeley, consiste de un domo de 24′ de diámetro cargado por un panel cilíndrico. La superficie interna del domo es blanca y altamente reflectiva. Es iluminada por grupos de luces fluorescentes montadas alrededor del borde superior del cilindro. La intensidad de las lamparas es controlada por una computadora, permitiendo simular una amplia gama de condiciones que como cielo claro, nublado, luminiscencia uniforme etc. Una fuente de luz cuyo movimiento eintensidad también son controlados por computadora, simula el sol en diferentes horas del día por medio de una plataforma pivote en el centro de la cámara. Con ésto, los diseñadores pueden determinar de manera cuantitativa y cualitativa el rendimiento de sus esquemas.

Pruebas comparativas debajo del Simulador de Cielo ofrecen condiciones constantes, en contraposición con el cielo real y sus fluctuaciones inherentes. Pequeños sensores fotométricos son ubicados dentro de las maquetas y conectados a la computadora que almacena los niveles de luz en los diferentes puntos de la misma. El análisis paramétrico, es entonces, llevado a cabo al re-configurar variables específicas en la maqueta, permitiendo determinar soluciones arquitectónicas con respecto a la luz solar.

La Esfera de Integración fue concebida a principios del siglo XX para comprobar la emisión de fuentes de luz artificiales ubicadas en su centro. Hoy, una esfera de dos metros de diámetro se utiliza en combinación con una fuente de luz exterior dirigida a un puertos movible ubicado en la superficie de la esfera. La esfera pivota alrededor de un punto, permitiendo así diferentes ángulos de incidencia. La Esfera de Integración se utiliza primordialmente para medir la transmisión de luz de varios materiales traslucidos y sistemas de fenestración y sus dispositivos de sombreado. Las pruebas son conducidas utilizando dos fotómetros, uno que mide la luz incidente en la superficie externa del puerto y la otra ubicada en cualquier punto dentro de la esfera.

Los laboratorios de cómputo ofrecen varios programas relacionados con las cualidades térmicas de los edificios. Estas varían desde programas muy complejos que requieren de un operario altamente entrenado hasta unos muy sencillos que son fáciles de aprender. Pronóstico de consumo energético de grandes edificios dado un clima y configuración de envoltura de edificio específicos pueden ser anticipados utilizando programas como DOE-2 que corren exclusivamente en centrales de cómputo como las que se operan en la División de Ciencias Aplicadas del Laboratorio Lawrence Berkeley.

El cumplimiento con el código energético para pequeños edificios puede ser evaluado con programas de computadora mas sencillos que corren en computadoras personales. De hecho, cada día hay mas software disponible para asistir al arquitecto en sus diseños, incluyendo la configuración de fuentes de luz natural y artificial, requerimientos de sombreado y proyección de sombras.

En la Universidad de California en Berkeley la educación en Ciencias de la Construcción comienza con un curso básico de conceptos de gestión ambiental y energética. Durante este curso, los estudiantes utilizan maquetas y modelos virtuales simples. De este curso relativamente general, el currículum avanza a estudios más específicos dentro del mundo de la Ciencia de la Construcción, incluyendo acústica, confort térmico y visual, maquetaje y modelado en computadora, sistemas mecánicos y ventilación natural.

Éste currículum esta ayudando a formar profesionales con un mejor entendimiento de las cualidades ambientales de los edificios. Además, las instalaciones de investigación estan abiertas a profesionales, ayudándoles con consultoría para la creación de mejores productos arquitectónicos. Esto significará mejor calidad y sitios mas productivos para vivir y trabajar, así como también mejoras en el consumo energético para la comunidad.