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El confort térmico en entornos urbanos, uno de los temas analizados en el Coloquio de Energía de la Universidad de Chiapas

 

30/07/2020

Energías renovables y ahorro energético

En el marco del Ciclo de Conferencias sobre Energía Renovables, el pasado 24 de junio tuvo lugar el V Coloquio de Energía de la Universidad de Chiapas (México), como participante intervino Helena López Moreno, investigadora de la Unidad de Eficiencia Energética en la Edificación del Departamento de Energía del CIEMAT, que presentó el trabajo que desarrolla en el marco de su tesis doctoral sobre el confort térmico en entornos urbanos y la repercusión de éste debido al el cambio climático.  Actuaron como moderadores y maestros de ceremonias los investigadores Gerardo Ruiz, de la Universidad de Chiapas (México) y Javier Domínguez, del CIEMAT (España).

Tras una breve presentación del Coloquio por parte de Gerardo Ruiz, intervino Javier Domínguez, investigador del Departamento de Energía del CIEMAT para dar comienzo al coloquio. Javier Domínguez puso en contexto el coloquio, ya que es, en formato digital, la réplica del evento que tuvo lugar el pasado 5 de marzo en la sede madrileña del CIEMAT, pocos días antes de dar inicio al confinamiento por la pandemia ocasionada por la COVID-19.  Javier Domínguez destacó que el evento era el resultado de la iniciativa de divulgación "ADOPTA Ciencia" que, apoyada por el Comité de Divulgación del CIEMAT, contó con la realización y el patrocinio de Documfy y CHUFY creativos, que participaron activamente en la organización, realización y diseminación de resultados de dicha iniciativa de índole público-privada. Durante el desarrollo del coloquio hubo una media de 63 conexiones.

Tanto en la jornada de marzo como el coloquio participaron seis jóvenes, investigadores e investigadoras, y en el día que se llevó a cabo consiguió la participación de unas cien personas, quienes pudieron asistir, en rotaciones preestablecidas, en un mismo edificio, a las seis charlas de unos quince minutos en las que recibían información de primera mano de algunas de las personas que trabajaban en los distintos proyectos de I+D+i presentados. Se proporcionó así una visión multidisciplinar del necesario nuevo modelo energético. 

Una de las charlas del Coloquio fue la de Helena López Moreno, arquitecta técnica, graduada en ingeniería de la edificación, máster oficial en innovación tecnológica en edificación y máster propio en medioambiente y arquitectura bioclimática, quien expuso su trabajo en el  marco de la tesis doctoral en la Universidad Politécnica de Madrid, sobre tecnologías arquitectónicas y, en concreto, sobre microclimas en ambientes urbanos y el impacto del confort térmico en las ciudades en un contexto de cambio climático.

En su ponencia, titulada "El confort ambiental y cambio climático.  Análisis para mejorar las condiciones de habitabilidad en los ensayos urbanos", Helena López comenzó exponiendo su objetivo:  Analizar las diferentes estrategias urbanas para mejorar las condiciones de habitabilidad en espacios urbanos enfocadas a adaptarnos al cambio climático. Para centrar su trabajo expuso brevemente algunas notas sobre cambio climático, destacando su carácter antropogénico, así como sus consecuencias que, entre otras, serían: la subida generalizada de temperatura (del orden de 1 oC desde 1850), la ocurrencia de eventos meteorológicos más extremos, prolongados y frecuentes (como olas de frío y calor, inundaciones, etc.), y la modificación de los ciclos naturales y, por tanto, de las diferentes formas de vida. Por estas cuestiones, Naciones Unidas, en el marco de su Agenda 2030 destaca la lucha contra el cambio climático y lo configura como uno de los ODS, Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Para seguir adecuadamente su ponencia, Helena López proporcionó algunas definiciones sobre clima y microclima.  Así, en una aproximación general, señaló cómo el clima regional depende de una combinación de factores (latitud, longitud, continentalidad, etc.), pudiéndose establecer distintas clasificaciones, mencionó especialmente la de Köppen-Geiger; sin embargo, aunque válida para el nivel regional, esta clasificación no es tan precisa a nivel local debido a la enorme variabilidad de una ubicación determinada (presencia de zonas verdes o de masas de agua, grado de insolación, perfiles de viento  y otros factores), lo que motiva  que se utilicen otras metodologías que sean más precisas a nivel local, tales como el Typical Meterological Year (TMY), que representa un año del clima local basándose en la selección estadística de los meses más representativos que se concatenan en un solo año artificial y representativo. En los entornos urbanos, además existen variaciones climáticas a nivel micro, se habla entonces de microclima urbano, definido como el intercambio energético entre un punto y su entorno. Su origen se debe a la sustitución de la capa vegetal por edificaciones y superficies pavimentadas; como es lógico suponer, este microclima está condicionado por una gran cantidad de factores, entre ellos: las características morfológicas, los materiales utilizados, etc. Todo esto se estudia en el denominado Urban Canopy Layer, que es el volumen en el que se realizan las actividades diarias de la vida en una ciudad (desde el suelo hasta la azotea de los edificios más elevados).

Los entornos urbanos se presentan especialmente vulnerables al estrés térmico. A las tendencias climáticas del cambio climático se suman las consecuencias del microclima urbano. Estas variaciones climáticas a nivel micro originadas por el microclima urbano dentro de las ciudades hacen que éstas de forma generalizada presenten valores de temperatura y radiación mayores, mientras que los valores de humedad y velocidad del aire son menores. Pero como es fácil de comprender, las variaciones son muchas, ya que al depender de un gran número de factores, el microclima urbano no es, en absoluto, homogéneo dentro de la ciudad.  Así, la ponente citó algunos de los indicadores urbanos que hay que considerar, tales como la altura de la edificaciones, la densidad de población, la presencia de zonas verdes, determinará la percepción de confort térmico en los distintos entornos urbanos. Estos indicadores están asociados a distintas tipologías urbanas, las cuales tendrán unas características de contorno determinadas, como son el albedo, la emisividad, el factor de cielo visible y la temperatura media radiante, que, a su vez, condicionarán distintas repuestas al estrés térmico.

Para cuantificar el estrés térmico se recurre a indicadores relacionados con el confort térmico.  Desde el punto de vista energético, el confort térmico se define como el equilibrio térmico entre el cuerpo y el ambiente. Entre los indicadores de estrés térmicos más utilizados está el Universal Thermal Comfort Index (UTCI), que es la temperatura equivalente de respuesta bajo unas condiciones establecidas, que simula la respuesta fisiológica del cuerpo a determinas condiciones externas del entorno. El resultado es un valor de una temperatura equivalente que  puede encuadrarse en una escala de siete puntos de respuesta de nuestro cuerpo que va desde estrés térmico extremo por calor al estrés térmico extremo por frío, encontrándose en el punto medio el no estrés térmico o confort térmico. Las ventajas que presenta el índice UTCI simplificado es independiente de la fisionomía de las personas; además es válido para cualquier clima, lo que permite la comparación de distintas zonas (tanto de un mismo país como de países distintos). Este índice utiliza cuatro variables para calcularlo la temperatura del aire, la humedad, la temperatura media radiante y la velocidad del aire.

El estrés térmico impacta en la "salud urbana", ya que las temperaturas extremas afectan a la salud (asociadas a un aumento de la morbilidad como la mortalidad) y, además, influyen en la actividad diaria, no sólo en exteriores, sino también en interiores,  especialmente en poblaciones vulnerables que no cuentan con sistemas de climatización adecuados, ya sea porque no están bien diseñados, no existen o no se puede asumir su coste, reduciendo así la actividad que podría desarrollarse en condiciones óptimas. Además, el clima urbano modifica las variables meteorológicas de la ciudad respecto al clima local de la zona, modificando también las necesidades energéticas en los edificios, produciéndose una desviación de la cuantificación de climatización. Helena López indica que el objeto de su tesis doctoral es precisamente el de cuantificar la respuesta térmica de diferentes estructuras urbanas a las tendencias climáticas actuales, mediante un modelo innovador que permita apoyar a las futuras estrategias de regeneración urbana que estén basadas en la adaptación al cambio climático; precisamente está en proceso el desarrollo de la metodología de estudio, tomando como caso de estudio el área urbana de Madrid.

Según la metodología propuesta se intentaría asignar a cada área urbana homogénea de la ciudad un clima urbano propio. Para ello, se definen mapas con las principales zonas urbanas homogéneas, a partir de los indicadores urbanos, que se solapan con mapas de las principales variables meteorológicas de la ciudad dentro del mencionado Urban Canopy Layer. En los estudios previos recogidos hasta el momento se aprecian variaciones significativas de las variables meteorológicas analizadas para las distintas estructuras urbanas consideradas, afectando al confort térmico. Hay, por ejemplo, diferencias entre los edificios del casco histórico con respecto a las edificaciones de concepto abierto, más modernos. Precisamente en la tesis doctoral se pretende conseguir desarrollar una metodología que pueda contar con la validación de los datos con los que se trabaja en las simulaciones de confort térmico, y para ello se emplearán puntos de registro situados estratégicamente en la ciudad de Madrid.

Durante la jornada de marzo, en el CIEMAT, se creó un prototipo de un futuro punto de registro y se realizaron medidas en diferentes zonas del patio. El prototipo consta de un anemómetro (velocidad y dirección de viento), un termohigrómetro (temperatura del aire y humedad relativa), un termómetro de globo (mide la temperatura medida radiante), un piranómetro (radiación solar global), se contaba con un sistema de registro y visualización (Datalogger), y un equipo PC para realizar las simulaciones y cálculo de confort (UTCI).

En el evento del día 24 de junio, a través de Zoom, tuvo lugar el Coloquio de Energía que contó, además de con Helena López, con Santacruz Banacloche (Sostenibilidad de inversiones en renovables), Francisco Ferrera Cobos (Desarrollo de una red de medidas y modelización de la radiación fotosintéticamente activa (PAR)); Ana María Martín (Modelos geográficos para cartografiar el Sol); María Gallego (Aceites microbianos para producir biocarburantes avanzados); y Ana Rosa Gamarra (Sostenibilidad de tecnologías energéticas avanzadas).

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