Adicionalmente se han definido los siguientes objetivos parciales:
Identificar los modelos numéricos y herramientas de cálculo capaces de capturar el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima.
Identificar los parámetros potenciadores o limitadores de este efecto
Cuantificación del impacto del microclima generado sobre el consumo energético de los edificios
HIPÓTESIS DE PARTIDA
La hipótesis de partida para el desarrollo de esta investigación es la siguiente:
Esta hipótesis viene derivada de los estudios e investigaciones previas que ya han demostrado que:
La cubierta ajardinada mantiene la temperatura de la cubierta del edificio similar a la temperatura del aire.
La cubierta ajardinada reduce el efecto isla de calor. (Santamouris M. , 2014)
La cubierta ajardinada reduce del consumo energético en los edificios por la reducción de ganancias térmicas en verano (Del Barrio, 1998) (Saiz, Kennedy, Bass, & Pressnail, 2006)
“La cubierta vegetal extensiva instalada en edificios de media altura favorece la creación de microclimas a nivel peatonal y reduce las temperaturas del aire a nivel peatonal en el entorno urbano en el que se ubican ”.
METODOLOGÍA
El desarrollo de esta investigación se estructura en una secuencia de trabajos orientados a la correcta definición y delimitación del marco de la investigación, a la consecución de los objetivos expuestos y verificación de las hipótesis planteadas.
Para este fin, el primer paso ha sido la definición del objeto de estudio, por medio del análisis y la revisión de trabajos teóricos y empíricos que investigan los efectos de las cubiertas ajardinadas en el entorno construido, en el contexto de su uso como herramienta de adaptación y mitigación del impacto del desarrollo urbano y el cambio climático en las ciudades.
Este fenómeno de calentamiento urbano y cambio climático se ha estudiado ampliamente a lo largo de las últimas décadas, abordándose desde diferentes perspectivas y escalas. Desde el ámbito regional por medio del estudio de los fenómenos meteorológicos que marcan la evolución del clima, pasando por la escala local o mesoescala por medio del estudio de la problemática de la isla de calor, hasta el edificio y su comportamiento energético. Su comprensión requiere el análisis físico y dimensional de éste fenómeno tan amplio, por medio del entendimiento de cada uno de los factores que lo originan y de cómo las estrategias vegetales, y más en concreto las cubiertas ajardinadas, interactúan con ellos.
El análisis de la literatura existente en este campo revela el gran potencial de los sistemas vegetales como herramienta de diseño pasivo capaz de mejorar las condiciones microclimáticas en las ciudades, así como su impacto positivo sobre el comportamiento energético de los edificios. Sin embargo, la escala de calle, en la que confluyen no sólo los efectos climáticos ambientales si no las variaciones que la geometría y superficies urbanas provocan sobre la climatología local, exige una metodología de análisis específica en la que tanto la respuesta térmica de los edificios, las variaciones en los patrones de viento y la interacción de la vegetación, se integren y examinen cuantitativamente para definir las estrategias más efectivas para lograr uno de los principales objetivos del espacio urbano, su habitabilidad, y como efecto colateral, la mejora del
comportamiento energético en su conjunto. En esta escala tan específica existe un nicho abierto al estudio, en el que el estudio pormenorizado para cada clima, condición urbana y estrategia vegetal propuesta, está por explorar.
El proceso de esta investigación realizada sigue el siguiente esquema:
Este proceso conduce a la verificación de las hipótesis planteadas y a la comprobación de la consecución de los objetivos principales y parciales propuestos por medio de la delimitación del estudio, la identificación de herramientas y modelos capaces de capturar este efecto potencial , identificación de los parámetros físicos más críticos tanto del entorno urbano, como del clima y de los sistemas vegetales en relación con la escala de estudio, y la estrategia de cubiertas ajardinadas por medio de modelización numérica usando herramientas de software para su desarrollo. Por último, la comprobación experimental por medio de mediciones del efecto de las cubiertas ajardinadas sobre los parámetros físicos que son objeto de análisis. Esta comprobación
Definición del objeto de
estudio
•Alcance de la investigación •Análisis del estado del arte
•Marco teórico: parámetros físicos de estudio y escala.
Método de análisis
•Definición de modelos teóricos y herramientas de análisis
Estudio teórico
•Análisis paramétrico de un caso teórico
•Identificación de los parámetros que afectan el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima del cañon urbano (calle)
Estudio de caso real
•Comprobación del efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima del cañón urbano en un caso de estudio real.
no tiene como objeto la validación experimental del modelo numérico, si no la comprobación del orden de magnitud y tendencia de los resultados obtenidos por medio de la modelización.
Los resultados de los modelos numéricos han sido usados para la definición de los perfiles hidrotérmicos en el microclima analizado y calcular su influencia en el comportamiento energético de los edificios que configuran la estructura urbana que configura la calle en el caso de estudio experimental. De estos estudios se han extraído las conclusiones más relevantes y se han propuesto líneas de investigación futura que se podrían desarrollar a raíz de este trabajo.
La investigación se ha centrado en el clima mediterráneo, usando Madrid como ubicación geográfica, y dado que el efecto del cambio climático en este tipo de clima es más problemático en verano, el estudio se ha enfocado a las condiciones de verano.
El siguiente esquema muestra los límites del estudio realizado:
Los límites de estudio incluyen la geometría, características superficiales de los límites del sistema, patrones de viento en el cañón urbano con diferentes condiciones de viento a nivel de mesoescala, y diferentes tipos de vegetación en cubierta caracterizados por el LAD. Las fuentes de calor antropogénicas no se han incluido en este estudio.
Los parámetros analizados se han definido en base al objeto de estudio, a la información disponible y a la capacidad del modelo. En base a los elementos que integran en el estudio los parámetros analizados han sido la temperatura del aire y la humedad relativa.
MARCO TEÓRICO
Este estudio aborda el análisis del impacto de la cubierta ajardinada en el microclima local. Para centrar el problema analizado, el primer paso es definir el objeto de análisis identificando y describiendo los factores y procesos más relevantes incluidos en esta investigación, así como la escala de análisis. Las siguientes secciones definen el clima, la base teórica y los conceptos que fundamentan la física de los microclimas, así como los factores derivados de estos:
6.1 CLIMA
El término “Clima” se define como la síntesis de las condiciones atmosféricas que caracterizan un lugar y se define por medio de los valores medidos medios de varios parámetros meteorológicos y por las probabilidades de la ocurrencia de otras condiciones, incluidos eventos extremos” (Linacre & Geerts, 1997).
Las mediciones de los observatorios meteorológicos son valores medios representativos de un área concreta, sin embargo, para entender los efectos del clima en el entorno habitado urbano, sus habitantes, sus edificios y los demás organismos que lo habitan, no se pueden usar directamente estos resúmenes climatológicos ya que las condiciones del clima en éste estrato próximo a la superficie del suelo, están influidas por diversos factores que pueden cambian rápidamente. La velocidad del aire, se ralentiza por efecto de la fricción cuanto más nos acercamos a esta franja que Geiger denomina “near the ground” comprendida entre la cota 0 y 1,5 m sobre el nivel del suelo (Geiger, Aron, & Todhunter, 1927), así mismo, el aire se mezcla menos y el efecto de la radiación solar absorbida por los pavimentos y paramentos verticales, que se reemite al aire es más notable. El suelo, es a su vez una fuente de vapor de agua que se evapora en el aire, así como partículas en suspensión y gases que se diluyen en la atmosfera.
Geiger, clasifica los fenómenos climáticos en cuatro escalas diferentes, dependiendo de sus características horizontales, verticales y temporales:
Tabla 1 Escalas espaciales y temporales del clima (Yoshino, 1975)
Escala Definición Horizontal
m
Vertical m
Temporal sg.
Microclima Clima de una zona específica con características cambiantes que dependen
de sus características físicas y exposición solar
10-3 -102 10 <10
Clima local Clima de una localidad diferenciado de las zonas que lo rodean y definido
por cambios en su superficie a gran escala (áreas de bosque, lagos, ríos,..) y su topografía.
102 -104 5.10-103 10-104
Mesoclima Clima de una región, definido por grandes accidentes topográficos,
océanos, mares y su ubicación geográfica.
103 2.105 5.102-4.103 104-105
Macroclima Clima a nivel continental determinado por los sistemas de circulación
atmosférica a gran escala.
> 2.102 103-104 105-106
Las siguientes imágenes muestran gráficamente cada una de las escalas climáticas:
Figura 5 Representación de escalas climáticas (a. macroclima: vista satélite de España; b. mesoclima: vista aérea de Madrid; c. clima local: vista zonal de Madrid; d. microclima: vista peatonal Calle Santa Isabel en Madrid).
climáticos.
Ésta tesis se realiza sobre la escala microclimática, en el ámbito peatonal de la zona urbana. Las definiciones, características específicas, variantes y factores que lo determinan se analizan en la siguiente sección.