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Potencialidades y límites de las cubiertas frescas en Barcelona

Marc Vilella Guijarro

Tutores:

Dra. Helena Coch Roura

Dr. Antonio Isalgue Buxeda

Tesina final de Máster en Arquitectura, Energía y Medio Ambiente

Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona

Universidad Politécnica de Catalunya

Barcelona, Septiembre de 2014


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¿Es posible mejorar el confort

sin aumentar la demanda energética

modificando las propiedades superficiales

de las cubiertas de los edificios de Barcelona?.


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ÍNDICE

I. Resumen..................................................................................................................................... 4

II. Introducción .............................................................................................................................. 5

III. Objetivos .................................................................................................................................. 7

1. My Roof is °Cool!, ¿Que hacen estos locos?. ............................................................................ 8

2. ¿Cuando se torcieron las cosas?. Soluciones tradicionales vs indústria. ................................ 11

3. ¿Cuanto puede disminuir el consumo de energia?. Potencilidades. Grandes números. ....... 14

4. ¿Cuales son los límites?. Casuística y problemática................................................................ 19

5. ¿Se puede aplicar a Barcelona?. Casos y estrtégias. ............................................................... 22

6. Conclusiones y propuestas...................................................................................................... 29

BI. Bibliografía ............................................................................................................................. 30

AN. Anexos .................................................................................................................................. 33


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I. Resumen

Abstract

Las denominadas “cubiertas frías” se presentan como sistema de mitigación alefecto “isla de calor” que se produce en las ciudades, especialmente en periodosestivales, y por lo tanto, son importantes para la disminución de consumoenergético en aire acondicionado, de fundamental importancia en las regiones declima cálido y templado. Además, la cubierta fría se presenta como una soluciónahorro energético de bajo coste y de fácil implementación en edificios existentes.El objetivo de este trabajo es analizar las cubiertas frías como sistema pasivo enBarcelona y su repercusión en el comportamiento térmico del edificio. Para ello, seanalizan los distintos materiales y acabados superficiales de las cubiertas teniendoen cuenta su absorbancia, en base a la textura y el color, y considerando la energíarecibida diariamente por radiación solar directa, el factor de sombra, el coeficienteglobal de transmisión térmica y la diferencia entre temperatura interior y exteriordel edificio. A la vez se analalizará la emisividad de estos materiales como lacapacidad para irradiar la energía solar absorbida o no reflejada.

Ilustración 1: Boston, Massachusetts. Surface temperature, 2009. Source : Camilo Pérez Arrau, 2010


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II. Introducción

El presente proyecto se enmarca dentro de la estrategia global para la prevencióndel cambio climático. El aumento de la temperatura del planeta, estimada entre1,4° y 5,8° para 2100, puede repercutir gravemente en nuestras economías yecosistemas. La reducción del consumo energético es un instrumento fundamentalpara poder reducir la emisión de gases de efecto invernadero que generen estecambio climático. La Unión Europea se ha fijado el compromiso “20-20-20” para elaño 2020: reducir un 20% el consumo de energía primaria, reducción de un 20% delas emisiones de gases de efecto invernadero; y presencia de un 20% de energíasrenovables. El de la construcción es un sector clave: el consumo de energía en losedificios residenciales y comerciales representa aproximadamente el 40% delconsumo total de energía final y el 36% de les emisiones totales de CO2 de la UniónEuropea.

En el caso del área meditrerránea se trata de una frágil eco-región donde losefectos del cambio climático puede comportar una extensión del verano a un mesmás y un aumento del las noches tropicales (con temperaturas por encima de los20°). También se prevé un descenso de la pluviometría media en un 30%. Ademásse van a multiplicar los episodios extremos:- olas de calor, con un aumento en la duración, frecuencia y en la intensidad. Estosfenómenos afectaran principalmente a las zonas interiores, lejos de las de la costa.- un claro aumento de la sequía continental: una caída en el número de días delluvia y un aumento en la duración de los periodos sin ninguna precipitación.(Zinzi2010)

Otro efecto, magnificado por la creciente concentración de la población enciudades, es el efecto isla de calor urbano (urban heat island - UHI), que se definecomo un aumento de la temperatura del aire urbano en comparación con el airemás fresco de las áreas rurales de los alrededores. La causa principal de la UHI esla modificación de la superficie del suelo en las zonas urbanas, donde la vegetaciónha sido reemplazada por superficies construidas (por lo general las carreterasasfaltadas y edificios), que se caracterizan por una alta absorción solar, altaimpermeabilidad y propiedades térmicas favorables para almacenamiento deenergía y de liberación de calor. Varias actividades antropogénicas causan tambiénun aumento de la temperatura del aire: por ejemplo, el transporte público yprivado, los sistemas de calefacción, el calor disipado por los sistemas de aireacondicionado, etc.


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La implementación de soluciones de cubierta fría que aborden la reducción delefecto isla de calor urbana y la reducción del consumo de energía pararefrigeración atacando la cubierta es una tendencia al alza por suefectividad.(Pisello and Cotana 2014)

La Unión Europea está impulsando un plan de acción llamado Cool Roofsdesarrollado en cuatro ejes: técnico, mercado, político y usuario final. Otra medidaes la creación del European Cool Roofs Council junto con cinco pruebas piloto, unabase de datos de materiales, un manual técnico y un plan de promoción.(Synnefaand Santamouris 2012)

Hay dos desafíos para el sector de la construcción:- la reducción del consumo de energía en los países europeos;- evitar que los países menos desarrollados sigan los mismos patrones dedesarrollo.La tarea no es fácil en regiones con un clima complejo, como los paísesmediterráneos, con condiciones muy variables durante todo el año. Los edificiostienen que responder a estas variaciones y estar adaptados tanto a inviernos duroscomo a veranos con calor sofocante.(Zinzi 2010)

En el caso de Barcelona dos factores hacen especialmente interesante el estudio: lamayoría de cubiertas son de color marrón oscuro de textura mate (con un valorbajo de albedo) y la incidencia de la radiación solar es muy superior en el caso de lacubierta respecto los otros cerramientos.

Ilustración 2: Radiación solar acumulada por mes y por fachadas en Barcelona. Elaboración propia.


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III. Objetivos

Con el objetivo de poder saber la reducción de consumo energético con lamodificación del albedo como variable de la ecuación habrá que cuantificarprimero varios datos: m² de cubiertas totales, materiales de estas cubiertas, factorde sombra, obtención de kWh/m² de radiación solar.

Con estos datos se estimará las ganancias por radiación en las cubiertas y secalculará una hipótesis de consumo energético asociado por refrigeración enverano y en menos consumo de calefacción en invierno.

Posteriormente se definirá un procedimiento estandarizado para poder compararcuantitativa y cualitativamente el comportamiento energético de un amplioabanico de acabados superficiales con diferentes valores de albedo.


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1. My Roof is °Cool!, ¿Que hacen estos locos?.

Foto 1: Mayor Bloomberg (C), Bob LiMandri (Commissioner of NYC Department of Buildings), Margarita Lopez(Commissioner of NYCHA), and John Rhea (Chairman of NYCHA, R) [www.greencityforce.org]

¿Que hace el alcalde de Nueva York pintando en una cubierta?. NYC °CoolRoofs es unacampaña de la ciudad de New York para pintar de blanco las cubiertas con voluntarios. Empezóen el año 2009 dentro del PlaNYC para combatir el cambio climático como forma de conseguirel objetivo de reducir las emisiones de CO2 en un 30% en 2030.

Sabemos que los colores más claros nos mantienen frescos, ya que reflejan el calor, mientrasque los colores oscuros tienden a mantenernos más calientes, así usamos ropa de color más

" Si las 100 ciudades más grandes del mundo pintaran de blanco los tejados de susedificios y cambiasen el pavimento por materiales más reflectantes -como cemento en

lugar de asfalto- se produciría un efecto refrigerante a nivel global [...] que compensaríael calentamiento causado por el total de los gases causantes del "efecto invernadero"

emitidos cada año por todos los países del mundo." (Akbari, Menon and Rosenfeld 2009)


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claro en el verano que en el invierno. Las culturas tradicionales han aprovechado estefenómeno, por ejemplo en los pueblos blancos de las islas griegas, donde totos los elementosdel pueblo, desde las paredes, los techos, las calles, están pintados de blanco de manerauniforme para reflejar los rayos abrasadores del sol de verano.

En términos más científicos, podemos analizar las superficies frescas, brillante y blancas de lospueblos del Mediterráneo en términos de dos propiedades importantes: reflectividad solar yemisividad térmica. La reflectividad, también conocida como albedo, expresa la capacidad deuna superficie para reflejar los rayos del sol, en lugar de absorber la energía solar en forma decalor, se mide en porcentaje. La emitancia es la capacidad del material para irradiar cualquierenergía absorbida en forma de calor a la atmósfera, se mide en porcentaje respecto a la de uncuerpo negro. Si utilizamos materiales y superficies con alta reflectividad y emisividad,podemos reflejar y radiar un porcentaje de la energía solar que calienta nuestrasciudades.(NYC Department of Design & Construction 2007)

Ilustración 3: Lisa Gartland, Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies, EPA

Desde los años 90 hay estudios sobre la mitigación del efecto isla de calor modificando elalbedo " Residential cooling loads and the urban heat island--the effects of albedo" Taha, H,Akbari, H, Rosenfeld, AH, Huang, YJ, 1998; sobre reflectividad y emisividad: " The impact ofreflectivity and emissivity of roofs on building cooling and heating energy use" Akbari H,Konopacki SJ., 1998; y "Reflective surfaces for cooler buildings and cities" Pomerantz M,Akbari H, Berdahl P, 1999.


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Diez años más tarde las administraciones empiezan programas para aplicar estosconocimientos como una fórmula económica de conseguir los objetivos de reducción delconsumo energético. En la actualidad hay programas en Estados Unidos, Europa, Austália oChina. Paralelamente han surgido agencias de control y verificación de la reflectividad y laemisividad del los materiales que va generando la industria de la construcción.

Ilustración 4: ejemplo de etiqueta de Cool Roof Rating Council


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2. ¿Cuando se torcieron las cosas?. Soluciones tradicionales vs indústria.

Foto 2: Torre de piedra en Aseer, Arabia Saudi [http://forum.hwaml.com/t128569.html]

Durante el siglo XX, a la vez que se aumentaban las expectativas de las condiciones de confortdentro de los edificios, la industrialización de la construcción y la arquitectura moderna, creaestructuras más ligeras con una masa térmica reducida, superficies acristaladas más grandes(especialmente en edificios no residenciales), las tecnologías de la envolvente penalizan laventilación natural.

Muchas técnicas están disponibles, pero implican un replanteamiento de la construcción y dela corriente principal de arquitectura (Santamouris et al, 2007), sobre todo para las viviendasde las personas con ingresos bajos, que están más expuestos al peligro durante la temporadade calor.(Zinzi 2010)

Las fuentes responsables de la demanda de refrigeración y/o disconfort térmico en edificios norefrigerados son: la radiación solar, humedad relativa y la temperatura del aire (Coch and Serra1996). Debido a esto, un diseño y uso racional de los edificios es fundamental con tal deoptimizar su eficiencia energética. Sin embargo, no todas las medidas adoptadas son taneficaces. El control de la radiación solar es la estrategia más importante y, aunque se ha escritomucho acerca de su efecto en los sistemas transparentes, es importante evaluar también elimpacto del control solar sobre la envolvente opaca. A causa de la importancia de la cantidadde radiación solar recibida en las superficies horizontales en las latitudes mediterráneas, lossistemas de techos son el componente de la envolvente involucrado principalmente en elcontrol solar. Los materiales de construcción que son capaces de mantener la temperatura


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bajo la radiación solar se llaman materiales frescos, y un techo tratado con estos materiales sedenomina cubierta fresca. (Zinzi 2010)

Pero el uso del color blanco como forma de mitigar la absorción de radiación no es una cosanueva. Todos tenemos presentes las imágenes de la arquitectura tradicional mediterránea conlos pueblas enteramente en blanco.

Foto 3: Tetuan, Marruecos. Foto de Marti Margarit.

La cal ha sido utilizada durante siglos por su excelente desempeño en tareas de albañileríatales como las mamposterías, repellados, enlucidos, pinturas, impermeabilizantes y demás. Esun producto de origen natural que ofrece grandes beneficios a un costo razonable y lo mejorde todo, es que fue, es y promete ser una alternativa de construcción a largo plazo;respetuosa y coadyuvando de muchas formas a combatir el deterioro del medio circundante.

La caliza (materia prima), es una roca sedimentaria; un carbonato de calcio, que al sercalcinado a una temperatura elevada, se convierte en un óxido de calcio que es lo quecomúnmente se conoce como cal viva y ésta al contacto con el agua, se hidrata formando elpolvo blanco denominado hidróxido de calcio o cal hidratada. Éste es el producto que secomercializa envasado y que se utiliza en construcción primordialmente, sin ser esta aplicaciónexcluyente de las demás; en la industria alimenticia y farmacéutica por mencionar sóloalgunas.

A parte de la ventaja de la reflexión de la radiación , la cal tiene propiedadesimpermeabilizantes y absorbe pequeñas cantidades de CO2 del ambiente dado su proceso derecarbonatación.


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Si tiene tantas ventajas, entonce cual es el motivo por el que ya no se usa.

Durante el siglo XX la industrialización del sector de la construcción ha desplazado las técnicasy materiales tradicionales por los productos que les son rentables para la comercialización. Elpaso de la autoconstrucción y el mantenimiento de la propia vivienda a la construcción a granescala ha provocado un cambio en la forma de construir, pero ese cambio responde más afactores de rendimiento económico que de índole tecnológico. (Albert Cuchí, 2014)

En los últimos años se esta produciendo un cambio de patrones de producción y de consumo,todavía minoritarios, que tienden a recuperar el conocimiento tecnológico tradicional asociadoa una producción tradicional pero aprovechando el más fácil acceso al conocimiento y a lastecnologías.


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3. ¿Cuanto puede disminuir el consumo de energia?. Potencilidades.Grandes números.

Foto 4: Invernaderos en Almería, entre Roquetas del Mar (derecha) y Almerimar. [NASA Earth Observatory].

Por primera vez en la historia, más del 50% de la población de la Tierra vive ahora en ciudades,pueblos y asentamientos (UN 2008). Desde un punto de vista ambiental, las ciudades sonvistas como una forma eficiente de concentrar los impactos humanos intensivos, mientras quepor otro lado, como un relato de los impactos ambientales negativos que superan las escalas ylímites de la ciudad (Mills 2007). Está claro que las ciudades consumen enormes cantidades derecursos, los subproductos de la actividad urbana y uso del suelo son numerosos (Foleyetal2005), y estudios recientes demuestran que la huella ecológica de muchas ciudades essignificativo y no sostenible (Kareivaetal 2007). Las ciudades también se están convirtiendo enuna importante fuente de incertidumbre en las regiones y los procesos biogeofísicas escalaglobal. Por ejemplo, el impacto de las áreas urbanas en la química atmosférica y los aerosolesesta bien documentado (Atkinson 2000).

Los usos urbanos locales influyen el climas a escala regional a través del fenómeno de las islasde calor urbanas (Oke 1982, QuattrochiandRidd 1994), las superficies impermeables alteranlos flujos de calor sensible y latente (Offerleetal 2006), y investigaciones recientes hansugerido que las ciudades también pueden afectar significativamente los regímenes deprecipitación (Shepherd 2005).


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A. Schneider, M. A. Friedl y D. Potere miden la superficie urbanizada del planeta en su artículo" A new map of global urban extent from MODIS satellite data" y la situan en 31524.109 km2

que representa un 2,74% del total de la superficie del planeta.(Schneider, Friedl and Potere2009)

Tabla 1: Superfícies de la areas urbanas en km2 (Schneider, Friedl and Potere 2009)

De estos 31524.109 km2 podemos separar un 25% como el porcentaje que ocupan lascubiertas de los edificios. (Akbari, Menon and Rosenfeld 2009) La superfície mundial decubiertas seria 881027,25 km2.

Foto 5: The Atmosphere’s Energy Budget , Effect on Surface Temperature [http://earthobservatory.nasa.gov]


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Si la radiación solar incidente son 340W/m2 y perdemos un 23% reflejada por las nubes y laatmósfera y otro 23% absorbida por la atmósfera, la radiación solar justo antes de la superficiede la tierra se reduce a 156,4W/m2.

El factor que va a hacer que la radiación incidente en la superficie de la Tierra sea absorvida oreflejada es la reflectividad o albedo. Se define como el porcentaje de radiación solar incidentereflejada por una superficie. El valor medio del albedo de la Tierra es del 38%. La reflectividadde cada material es función de la longitud de onda. Es importante destacar que la reflectividades importante en todas las longitudes de onda además de la franja visible. En otras palabras noes suficiente que veamos la superficie blanca.

Ilustración 5: Reflectividad espectral de los materiales de construcción (Zinzi 2010)

La reflectividad es un propiedad direccional. Se puede producir de forma especular o difusa. Engeneral la mayoría de superficies reales son una mezcla de las dos.

La otra propiedad que requiere una cubierta fresca es una alta emisividad, es la proporción deradiación emitida por una superficie o objeto en una dirección en relación a la que seriaemitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y longitud de onda. La emisividad totalse obtiene por integración de todo el espectro electromagnético y todo el espacio. Elcoeficiente de emisividad es un numero adimensional que relaciona la capacidad de un cuerporeal para irradiar energía térmica en relación a la de un cuerpo negro. en un cuerpo negro Ɛ=1por tanto en los objetos reales Ɛ siempre se mantiene menor que 1.

Los intercambios de energía por radiación debidos a la diferencia de temperatura siguen la leyde Stefan Boltzmann. Dos cuerpos radiantes intercambiaran energía hasta encontrarse enequilibrio, de forma que el que tiene mayor energía la cederá en forma de radiación hacia elque tiene menos. La emisividad de cada uno de los cuerpos determina la capacidad que tienende esta transferencia de energía. = · ·


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(P (W/m2) es la potencia emisiva superficial, ε es emisividad, valor a dimensional entre 0-1,σ es la constante de 5,67x10-8 Wm-2T-4, T es la temperatura en grados Kelvin).

Ilustración 6: Reflectividad y Emisividad de diferentes materiales (Alcazar Tovar 2009)

Partiendo de los resultados del estudio de Sergio Boixo et al. "Potential energy savings fromcool roofs in Spain and Andalusia" (Boixo et al. 2012) donde se calcula la potencial disminucióndel consumo de energía con la modificación del albedo de las cubiertas, se propone hacer unaextrapolación rápida con la superficie total de cubiertas del planeta.

Este estudio (Boixo et al. 2012) usa la herramienta del DOE Cool Roof Calculator (DCRC) yobtiene los siguientes resultados:

Tabla 2: Potencoial disminución del consumo de energia en Andalucia (Boixo et al. 2012)

La superfície de cubiertas que consideran es de 125km2. Los valores de reflectividad queconsidera son 60 para blanco, 25 para medio y 5 para negro. La emisividad considerada es de90. El resultado son unos 295.000 kWh por año menos.


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Manteniendo los parámetros y haciendo la proporción con el global del planeta, mediante lamodificación del albedo de las cubiertas se podría disminuir el consumo de energía en2.0791224.000 kWh al año = 178781, 22 toe = 0,17 Mtoe (0,86% de la electricidad consumidaen España en 2011).


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4. ¿Cuales son los límites?. Casuística y problemática.

Foto 6: Sol reflejado en la nieve. Autor: Marc Vilella

Existen múltiples factores que condicionan el éxito de las cubiertas frescas. Dentro de lavariedad climática mundial, las diferentes latitudes, las diferentes formas de construir y, alfinal, las necesidades específicas de cada usuario hay que conocer los límites que hacenrazonable o no la aplicación de las cubiertas frescas como estrategia térmica.

Como (de momento) no podemos cambiar el albedo de la piel de nuestros edificios en funciónde las necesidades térmicas, el primer condicionante que hay que tener en cuenta es elbalance entre necesidades de refrigeración y necesidades de calefacción. Renunciando a lasganancias por radiación se modifican las aportaciones al balance. Esto será viable mientras lareducción de las necesidades de refrigeración en la época cálida superen a las necesidades decalefacción en los meses más fríos. En los casos en que se aproximen uno a otro también sepuede optar por compensar la falta de ganancias por radiación en invierno con un mayoraislamiento para ralentizar las pérdidas. En los climas más fríos igualmente la nieve en lacubierta impide las ganancias por radiación. En función de esto tenemos que la aplicación de lasolución de cubiertas frías de sitúa como viable por debajo de latitud 45°, siendo las zonas declima mediterráneo las que ya lo aplican en la arquitectura vernácula.


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Ilustración 7: Disposición del clima mediterráneo [http://www.mediterraneangardensociety.org]

Otro factor es el de la rentabilidad térmica. Si bien resulta económico transformar la cubiertade un edificio existente en una cubierta fresca con la superposición de un material dereflectividad alta, hay que pensar en cada caso si hay otra estrategia más óptima. A pesar deque funcionen los números de la cubierta fresca, en muchos sistemas constructivos puederesultar mucho más rentable una solución que utiliza la convección como forma de disipar elcalor. Si la aportación del efecto de la convección en una cubierta ventilada es muy superior alde la cubierta fresca no tendrá sentido hacerla.

El deslumbramiento es otro elemento a tener en cuenta. Antes de transformar el albedo deuna superficie hay que analizar que efecto puede tener en su uso. A pesar de que sabemos queel asfalto absorbe mucha radiación la necesidad de no deslumbrar a los conductores impideque lo podamos convertir en asfalto blanco. La reflectividad es una propiedad direccional yhay superficies que producen una reflexión especular y otras que reflejan la luz en formadifusa. Para evitar el deslumbramiento habrá que potenciar las superficies de reflectividaduniforme en todas las direcciones, como la pintura mate blanca (la radiación es reflejada entodos los ángulos en forma igual). Tales superficies se consideran lambertianas.

Ilustración 8: Tipos de reflexiones [http://www.teledet.com.uy]

Recientemente un estudio de Emiliano Carnieloa, Michele Zinzib y Aldo Fanchiottia " On thesolar reflectance angular dependence of opaque construction materials and impact on theenergy balance of building components" estudia la influencia del ángulo de incidencia en lareflectividad, tratando de mejorar los cálculos de esta a través de un sofware. (Carnielo, Zinziand Fanchiotti 2014)


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También puede pasar que en un entorno edificado con diferentes alturas una cubierta bajademasiado reflectante esté calentando indirectamente al resto de edificios más altos.

El mantenimiento es otro factor fundamental. A pesar del cálculo estacionario de muchosestudios, la realidad de la cubierta demuestra que con el paso del tiempo a veces dedeterioran las propiedades reflectivas de los materiales aplicados y a veces simplemente lasuciedad, hace disminuir la efectividad de la reflexión de la radiación en más de un 50%. En laarquitectura tradicional mediterránea el propio usuario se encarga del mantenimiento con unencalado anual. En edificios comunitarios o de construcción más actual es necesario aplicarmateriales o técnicas que incorporen autolimpiado con la lluvia para poder mantenerse encondiciones óptimas. Si no hay que tener en cuenta en el cálculo la disminución delrendimiento.

Foto 7: Cubiertas con y sin mantenifiento en Fornells, Menorca. Autor: Marc Vilella

Las normativas locales sobre acabados y materiales de fachadas y cubiertas puede ser otrofactor limitante para las cubiertas frescas.


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5. ¿Se puede aplicar a Barcelona?. Casos y estrtégias.

Foto 8: Cubierta de la catedral de Barcelona, ca.1902. Autor: Frederic Bordas i Altarriba [AFCEC_BORDAS_D_4441]

Entonces, ¿es posible mejorar el confort sin aumentar la demanda energéticamodificando las propiedades superficiales de las cubiertas de los edificios deBarcelona?.

Primero hay que centrar el análisis en la definición de cubierta como la envolventesuperior, horizontal o inclinada, de un edificio. Se caracteriza por recibir la mayorparte de la lluvia y otros agentes metereológicos. Recibe la mayor parte de laradiación solar y suele ser la parte de la envolvente de un edificio de mayorsuperficie. A menudo asume actividades complementarias o asociadas a laactividad del edificio como instalaciones o elementos de ocio. (Gelpí, Muntané andOlivé 2014).


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Para caracterizar la diversidad de tipología de cubierta existente actualmente enBarcelona se analiza desde dos puntos de vista: el primero la clasificación detipologías edificatorias que propone el Pla d'Energia, Canvi climàtic i Qualitatambiental (PECQ)(Generalitat de Catalunya 2011) según las épocas deconstrucción; y la segunda la estratégia térmica principal que caracteriza cadatipología(Gelpí, Muntané and Olivé 2014).

La clasificación en tipologías edificatorias que establece el Pla d'Energia es lasiguiente:

- Primer Periodo: Hasta el siglo XIX.

Localizados en el interior del perímetro amurallado. Construcción de muros decarga de fango, piedra y fábrica. Techos de bigas de madera con entrevigado decasetones de yeso o de rasilla cerámica. La compacidad edificatoria hace que lasviviendas tengan poco contacto con el exterior, adquiriendo más importancia elpapel de la cubierta. Las viviendas bajo cubierta son muy sensibles a los cambiosexteriores.

- Segundo Periodo: SXIX hasta la Guerra Civil.

Correspode pricipalmente a la parcelas del Pla Cerdà. Parcelas más grandes,tipologia alargada con buena ventilación y en general, buen asoleo.Constructivamente se mantiene la forma de hace añadiendo elementos comofalsos techos o galerías. Pisos bajo cubierta sobretodo sensibles al frio ya que lacubierta a la catalana es más eficaz contra el calor.

- Tercer Periodo: Postguerra - Años 70

La gerra supone un descenso de la cantidad y la calidad de las construcciones. Apartir de los años 50 esta en auge la costrucción de polígonos de viviendas con elcambio de los muros de carga hacia la estructura de hormigón. Las fachadas sehacen más ligeras y aparece la cámara de aire. A partir de los años 70 seintroducen los forjados reticulados, las jácenas planas y los cerramientos dealuminio. La tipología es cada vez más pequeña y con una sola orientación, con loque el comportamiento térmico va a depender de cual sea esta. Carpinterías conmuchas infiltraciones. Viviendas bajo cubierta muy sensibles al calor y al frio.

- Cuarto Periodo: 1970-2000


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El nuevo plan General introduce cambios urbanísticos. La nueva norma térmica del79 empieza a introducir el aislamiento térmico y el doble vidrio. Mejora en lasviviendas más expuestas a los cambios como las bajo cubierta o las más expuestasa la radiación solar. Los métodos constructivos no evolucionan demasiado. Seintroducen las particiones interiores de cartón yeso. Protecciones solares que aveces no permiten la ventilación.

- Quinto Periodo: 2001-Actualidad

Aparición de nuevos tipos de usuarios de vivienda debidos a cambios sociológicos.Cambio significativo de la forma constructiva debido a la aparición de diferentesnormativas. El cambio es tanto a nivel constructivo como de instalaciones. Laprincipal normativa es El Código Técnico de la Edificación de 2006, que regulaparámetros básicos de seguridad y habitabilidad, entre ellos el ahorro energético.

El peso que tiene cada tipología edificatoria en el total es el siguiente:


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Para cada una de estas tipologia se ha calculado las demandas y consumos decalefacción y refrigeración.

La s estratégias térmicas de las cubiertas pueden ser varias: reflectividad, emitánciaresistencia térmica, masa térmica, transpiración y convección.


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Figura 1: Estrtegias termicas de las cubiertas [http://roofknowledge.org]

Podemos relacionar los tipos de cubiertas de Barcelona y sus estrategias térmicas.

EstrategiasSolarReflectance

ThermalEmitance

ThermalMass

Transpiration Convection ThermalResistence

Tipu

s de

Cubi

erta

A lacatalana

Teja s/madera

Teja s/forjado

Ajardina

Metálica

Agua

Fresca

Como comprobación de que las condiciones climáticas de Barcelona estan dentro de losparámetros que hacen que sea positivo la aplicación de cubiertas frescas se analiza que lademanda de refrigeración sea pareja a la de calefacción. Para ello podemos consultar lapublicación del Institut Català de l'Energia "Els graus-dia de calefacció i refrigeració deCatalunya" de Jaume Margarit i Roset.


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Ilustración 9: Els graus-dia de calefacció i refrigeració de Catalunya, Margarit i Roset, Jaume


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6. Conclusiones y propuestas.

Conclusiones:

1. Las cubiertas frías son una solución que funciona dentro de unas limitaciones decasuística constructiva y climática.

2. Mas allá de la publicidad de la industria hay que poder analizar las propiedades de losmateriales con información neutral y completa.

3. El mantenimiento es un aspecto clave que hay que tener en cuenta.4. Barcelona esta dentro de las zonas en que la solución de cubiertas fresca es razonable.

Propuestas:

1. Investigar una solución de bajo mantenimiento como la cerámica vitrificada blancapara las cubiertas de Barcelona.

2. Proponer a la administración un cambio normativo para el encaje de las soluciones decubiertas frescas tanto en rehabilitación como en obra nueva.

3. Hacer comprensible para el usuario final los mecanismos de estas soluciones y comomantenerlas.


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Fotos:

Foto 1: Mayor Bloomberg (C), Bob LiMandri (Commissioner of NYC Department of Buildings),Margarita Lopez (Commissioner of NYCHA), and John Rhea (Chairman of NYCHA, R)[www.greencityforce.org] ............................................................................................................. 8Foto 2: Torre de piedra en Aseer, Arabia Saudi [http://forum.hwaml.com/t128569.html] ..... 11Foto 3: Tetuan, Marruecos. Foto de Marti Margarit................................................................... 12Foto 4: Invernaderos en Almería, entre Roquetas del Mar (derecha) y Almerimar. [NASA EarthObservatory]. .............................................................................................................................. 14Foto 5: The Atmosphere’s Energy Budget , Effect on Surface Temperature[http://earthobservatory.nasa.gov]............................................................................................ 15Foto 6: Sol reflejado en la nieve. Autor: Marc Vilella.................................................................. 19Foto 7: Cubiertas con y sin mantenifiento en Fornells, Menorca. Autor: Marc Vilella............... 21Foto 8: Cubierta de la catedral de Barcelona, ca.1902. Autor: Frederic Bordas i Altarriba[AFCEC_BORDAS_D_4441].......................................................................................................... 22

Figuras:

Figura 2: Estrtegias termicas de las cubiertas [http://roofknowledge.org]................................ 27

Ilustraciones:

Ilustración 1: Boston, Massachusetts. Surface temperature, 2009. Source : Camilo Pérez Arrau,2010............................................................................................................................................... 4Ilustración 2: Radiación solar acumulada por mes y por fachadas en Barcelona. Elaboraciónpropia. ........................................................................................................................................... 6Ilustración 3: Lisa Gartland, Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies, EPA ...... 9Ilustración 4: ejemplo de etiqueta de Cool Roof Rating Council ................................................ 10Ilustración 5: Reflectividad espectral de los materiales de construcción (Zinzi 2010) ............... 16Ilustración 6: Reflectividad y Emisividad de diferentes materiales (Alcazar Tovar 2009) .......... 17Ilustración 7: Disposición del clima mediterráneo[http://www.mediterraneangardensociety.org] ........................................................................ 20Ilustración 8: Tipos de reflexiones [http://www.teledet.com.uy] .............................................. 20Ilustración 9: Els graus-dia de calefacció i refrigeració de Catalunya, Margarit i Roset, Jaume . 28

Tablas:

Tabla 1: Superfícies de la areas urbanas en km2 (Schneider, Friedl and Potere 2009)............... 15Tabla 2: Potencoial disminución del consumo de energia en Andalucia (Boixo et al. 2012)...... 17


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AN. Anexos

FICHA TÉCNICAFecha: 02.08.2009 – Versión 1

MARIPUREFLEX UV H20

Membrana de poliuretano pigmentada blanca base agua de alta reflexión solar y emisión de infrarrojos

Descripción del producto Propiedades MARIPUREFLEX UV H20 es un producto de poliuretano al agua en color, impermeabilizante, resistente y de reflexión a los rayos UVA con una alta emisión de infrarrojos de la membrana. Se aplica en una capa gruesa y continua. Una vez seca se convierte en una membrana muy elástica que por su aspecto y acabado final puede dejarse de manera decorativa. Previene la penetración del agua y alarga la vida de la azotea. Tiene un alto poder de reflexión solar y emisiones de infrarrojos.

• Resistente, duradero y altamente elástico • Resistente a temperaturas extremas • Resistente a la acumulación de agua • Resistente a los rayos ultravioleta • Reflexión solar de los ultravioleta en membrana de poliuretano

pigmentada blanca • Emisión de infrarrojos en membrana de poliuretano pigmentada

blanca • Fácil de aplicar con brocha, rodillo o airless • Respeta el medio ambiente • El tiempo de secado varia de unas 4 a 6 horas entre capas

Usos Consumo

Imprimación Mariseal Aqua Coat: 200 gr./m² Primera capa: 1 Kg./m² Segunda capa: 1 Kg./m² Estos datos se basan en una hipotética aplicación mediante rodillo en una superficie lisa de condiciones óptimas. Factores como la porosidad de la superficie, la temperatura, la humedad, el método de aplicación y los acabados pueden alterar este consumo. Colores

• Impermeabilización y reflexión solar de los ultravioleta de

azoteas antiguas que están realizadas con betunes viejos o antiguas membranas, aluminio.

• Impermeabilización y reflexión solar de los ultravioleta de cubiertas nuevas, que tienen varios niveles o formas geométricas complejas.

• Impermeabilización, reflexión solar de los ultravioleta y emisión de infrarrojos en membrana de poliuretano de zonas difíciles o complicadas donde una membrana bituminosa no se podría utilizar.

MARIPUREFLEX UV H20 se suministra en blanco - ocre

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DESCRIPCIÓN PROPIEDADES STANDARD ASPECTO Capa superior: Blanca

Capa inferior: Ocre

DENSIDAD 1.25 CONTENIDO EN SÓLIDO >65% COBERTRUA 1.5 – 2.5 Kg./m2 GROSOR DE LA PELÍCULA SECA 1.00 – 1.2 Mm. TEMPERATURA MÍNIMA DE APLICACIÓN

> 5ºC

ESTABILIDAD AL CALOR >120ºC ASTM D 2939 FLEXIBILIDAD AL FRÍO >-30ºC ASTM D 522 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN >2.6 Mpa ASTM D 412 ELONGACIÓN A LA ROTURA >500% ASTM D 412 RESISTENCIA AL AGUA ESTANCADA Óptimo ASTM D 2939 RESISTENCIA A PRESIÓN DE AGUA >0.5 atm, 24hr DIN 52123 RESISTENCIA A LA ROTURA >130 N/cm. ASTM D 624 REFLEXIÓN SOLAR >90% ASTM C 1549 EMISIÓN DE INFRARROJOS >95% ASTM C 1371 RESISTENCIA A LOS UV Resistente a los UV y a la influencia del

oxígeno y el ozono ASTM D 4799

ADHERENCIA Excelente para: membranas

bituminosas, aluminio, betún, etc. ASTM C 794

ATAQUE BACTERIANO Óptima ASTM G 21

Aplicación Preparación de la superficie La superficie debe estar limpia, estable y libre de partículas y suciedad. Imprimación Imprimar la superficie con la imprimación de adherencia epoxy en base al agua Mariseal Aqua Coat, con una dotación de 200 gr./m². MaripuReflex UV H20 MaripuReflex UV H20 se aplica en dos capas: Una primera capa aplicando una dotación de 1 Kg./m². Una segunda capa en color blanco de 1Kg. /m². Se puede aplicar con brocha, rodillo o airless. El tiempo de secado varia de unas 4 a 6 horas entre capas. Packaging MARIPUREFLEX UV H20 se suministra en bidones de 5 y 20 Kg. Los envases deben almacenarse en lugar seco y fresco durante no más de 9 meses, Proteger el material contra la humedad y el efecto directo del Sol. La temperatura de almacenaje deberá estar entre 5ºC y -30ºC. El producto deberá permanecer en el envase original con el nombre del fabricante, la designación del producto, el número de producción y las etiquetas de precaución. Medidas de seguridad Ver la información facilitada por el fabricante. Estudiar la ficha de seguridad.

MARIPUR REFLEX UV H2O

Membrana de poliuretano base agua de alta reflexión solar y emisión de infrarrojos

Membrana de poliuretano al agua en color, impermeabilizante, resistente y de alta reflexión a los rayos UVA; con una alta emisión de infrarrojos de la membrana.

PROPIEDADES Resistente a temperaturas extremas Resistente a la acumulación de agua Resistente a los rayos ultravioleta Reflexión solar de los ultravioleta en las membranas pigmentadas en blanco Emisión de infrarrojos en membrana de poliuretano pigmentada blanca Fácil de aplicar con brocha, rodillo o airless Respeta el medio ambiente

CONSUMO1,750-2,250 Kg./m² en dos capas

COLOREn blanco y ocre

PRESENTACIÓN

USOS Impermeabilización y reflexión solar de los ultravioleta de azoteas antiguas que están realizadas con betunes viejos o antiguas membranas.

Impermeabilización y reflexión solar de los ultravioleta de cubiertas nuevas, que tienen varios niveles o formas geométricas complejas.

Impermeabilización, reflexión solar de los ultravioleta y emisión de infrarrojos en membranas de poliuretano de zonas difíciles o complicadas, donde una membrana bituminosa no se podría utilizaronas aplicar la membrana Mariseal 400 H2O también 100% alifático.

potencialidades y límites de las cubiertas frescas en ... · como un aumento de la temperatura del...

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