“La vegetación en el entorno urbano como elemento de reducción en el consumo energético de los edificios”, es una de las comunicaciones que se presentaron al Congreso CONTART 2024, la Convención Internacional de la Arquitectura Técnica, los días 25 y 26 de abril en Ibiza, y que constan en el Libro de Actas.
Esta comunicación que mostramos a continuación está ejecutada por nuestro colegiado Alfonso Pérez.
Resumen
El cambio climático es una realidad que está modificando muy rápidamente las condiciones de entorno de la vida en de toda la biodiversidad en el planeta a nivel general y de la vida del ser humano en las ciudades a nivel particular.
A la progresiva densificación de los centros urbanos, la mayor extensión de las ciudades y su desconexión del entorno natural, y el predominio del tráfico y las infraestructuras en la configuración del espacio urbano en los años sesenta y setenta, se unió en la década de los ochenta la tendencia de diseño minimalista que apostaba por plazas duras, con una drástica reducción de vegetación y el uso extensivo de suelos impermeables. De esta forma, el espacio urbano como elemento de encuentro y disfrute, refrescado en verano por la sombra de los árboles o cobijado del viento por la vegetación en invierno se convierte en algo hostil, inhóspito.
La drástica reducción de masas vegetales de importancia en los espacios públicos capaces de regular de forma suave las ganancias y pérdidas de temperatura del suelo, frente a los suelos duros que reflejan calor de forma directa se une al calor generado por las propias actividades humanas, Esto provoca que las ciudades se conviertan en islas de calor existiendo diferencias térmicas que están, como en el caso de Madrid, por encima de los 8° con respecto al exterior.
De igual modo la búsqueda del mayor aprovechamiento ha convertido a los edificios en elementos paralelepípedos, duros y rocosos, donde existen escasas sombras arrojadas y la vegetación no se contempla en su configuración, quedando los edificios totalmente expuestos a las radiaciones solares. Esta situación, que ya de por sí supone una merma de confort, se convierte en una amenaza en el actual contexto de crisis climática. Las ciudades y los edificios deben dejar de ser parte del problema, para convertirse en herramientas de mejora.
A través del uso de la vegetación se pueden aplicar soluciones para paliar el efecto de la isla de calor en los edificios y con ello, la mejora energética en la climatización de estos. Un estudio de la configuración de los espacios públicos y de los edificios, es muy útil para determinar la situación más idónea del arbolado y jardines.
Existen estudios que cuantifican la cantidad de radiación solar reflejada de suelos y materiales. Los árboles urbanos participan en suavizar el clima ya que disminuyen la temperatura y aumentan la humedad por la evapotraspiración, que es el efecto del enfriamiento evaporativo del agua que transpiran las plantas. Ciertas especies arbóreas son más adecuadas por su alta capacidad de reducción de temperatura debido a su transmitancia.
La utilización de fachadas verdes, o de cubiertas ajardinadas reducen el consumo de energía en el interior del edificio por su alto componente aislante, pero a su vez son capaces con la densidad adecuada de reducir la temperatura ambiente creando un microclima, aumentando la calidad de vida en las ciudades, favoreciendo la biodiversidad y según estudios realizados, acrecentando el nivel de bienestar de las personas.
PALABRAS CLAVE: Isla de Calor, Vegetación en Edificios, Mejora Energética en Edificios, Fachadas y cubiertas verdes, microclima urbano.
1.- Introducción.
El cambio climático ha pasado a ser uno de los principales problemas mundiales en los últimos años pese al intento de ciertos grupos de interés por minimizar una realidad cuyas consecuencias ya se han empezado a sufrir en el planeta. El 40 % del consumo final de energía en la Unión Europea y el 36 % de sus emisiones de gases de efecto invernadero, relacionados con la energía, corresponden a los edificios [5]. En las aglomeraciones urbanas, además, los efectos del cambio climático se ven acentuados por el efecto ‘isla de calor’, lo que empuja a su vez a incrementar la energía consumida para la climatización de los edificios, creando un círculo vicioso que es necesario romper [20].
La búsqueda de soluciones que ayuden a afrontar este problema ha llevado a formular estrategias que plantean, entre otras, la integración de la vegetación en la trama urbana, no solo con un fin puramente estético, si no como sistema activos que ayudan a metabolizar y regular los agentes contaminantes y a mejorar la capacidad de adaptación y mitigación de los efectos del cambio climático [13]
A raíz de las mejoras y beneficios que la vegetación aporta al comportamiento térmico de los edificios [16][17], diferentes organizaciones mundiales han desarrollado estrategias y, en la práctica, los ayuntamientos de importantes ciudades [10] ya han empezado a regular la obligatoriedad de la realización de cubiertas verdes en los edificios de nueva construcción, que contribuyan en el ámbito urbano a la adaptación o mitigación del cambio climático.
Esta circunstancia es considerada de interés y existen en el mundo grupos de investigación y trabajo enfocados al estudio de las mejoras y aportaciones de la vegetación en la lucha contra el cambio climático y la reducción del consumo de energía para en la climatización de edificios.
A su vez, la incorporación de la vegetación en los edificios proporciona unos beneficios no solo en la reducción de los consumos energéticos en climatización y por ende en la producción de CO2 sino también en la protección contra la contaminación acústica, la regulación de la humedad, la gestión de aguas grises, la retención de CO2, partículas de polución y metales, laminación de aguas pluviales, recuperación de la biodiversidad[8][10], la mejora de la calidad de vida desde un aspecto psicológico [7] e incluso el aumento de la producción en las placas fotovoltaicas [14].
Aunque los resultados y las aportaciones de la vegetación en las ciudades y edificios se han venido estudiando desde las últimas cuatro décadas estos trabajos se han acentuado en las últimas dos, acuciados por las consecuencias ya palpables del indiscutible cambio climático y la incorporación de sistemas vegetales a los edificios y reincorporación de elementos ajardinados al viario público. En este último caso, se han llegado a colocar jardines verticales donde no era posible colocarlos en horizontal por la falta de espacio en zonas de la ciudad.
Los resultados de estos trabajos, en los que se han testado casos donde la combinación del uso de energías renovables con la utilización de fachadas verdes ha dado lugar a edificios con consumo casi nulo [1], demuestran unos beneficios palpables que es necesario seguir trabajando enfocado a su normalización, regulación e incorporación en las ciudades y edificios de cara a la lucha contra el cambio climático e incluso pensar en edificios, que en un futuro cercano, tengan un balance de energía positivos.
El objetivo del presente trabajo es hacer una revisión de los estudios realizados para determinar que la incorporación de la vegetación a los entornos urbanos, que suponen hoy la parte mayor de los asentamientos humanos, y en particular a los edificios, deber ser asumido como una herramienta necesaria para contribuir a la lucha contra la emergencia climática, casi imprescindible contra los efectos de la isla de calor urbana.
2.- Metodología y desarrollo
Se ha buscado en la red los trabajos realizados con las palabras clave: cubiertas verdes, fachadas vegetales y reducción coste energético por elementos vegetales, centrado en la lectura el tesis doctorales, trabajos fin de grado de universidades, artículos publicados en revistas JCR y otros artículos que a juicio de los autores resultaban relevantes para la materia que trata este artículo.
La revisión de literatura se limitó principalmente a las últimas dos décadas, época en la que el tema de los la utilización de la vegetación en los edificios ha tomado mayor importancia. Para la revisión de información se usaron varios de los motores de búsqueda de bases de datos científicas, limitando la búsqueda a los temas de interés mencionados anteriormente.
De la revisión total de los trabajos revisados, se seleccionaron más de 20 trabajos publicados entre 2000 y 2022 y 10 tesis doctorales y trabajos finales de master y grado y se clasificaron en tres líneas principales de estudios: a) contribución en la absorción de CO2 en las ciudades, b) efectos ambientales en la ciudad y c) efectos sobre el aislamiento en los edificios, línea temática esta última en la que se hizo énfasis por ser la que originó la revisión.
Con ello, se ha tratado de determinar los estudios e investigaciones asociados a la reducción de los consumos energéticos en los edificios derivados de la utilización de la vegetación como elemento para evitar, principalmente, la radiación solar directa, o indirecta por reflejo de pavimentos o por interposición del arbolado en los viales públicos.
2.1.- Relación entre arquitectura y vegetación.
Un elemento clave en el desarrollo de ciudades sostenibles es que la densificación urbana de las últimas décadas ha provocado la sustitución de zonas con vegetación por superficies duras que tienen una mayor capacidad calorífica e impacto en el microclima urbano.
El desarrollo acelerado de las ciudades que se desencadenó con la revolución industrial, en particular en Europa, supuso en primer lugar un acentuado desequilibrio entre el espacio construido y el entorno natural que condujo a la desconexión de los centros urbanos, con tejidos ya de por si compactos, y de ese medio físico próximo. La paralela densificación de esos cascos urbanos consolidados por la desaparición de huertas y jardines interiores vino a acentuar ese efecto de desnaturalización del ecosistema urbano. Este efecto fue en parte detectado por los higienistas que a finales del siglo XIX pusieron las bases del urbanismo moderno, dentro de su preocupación por la limpieza del aire, pero lo cierto es que la mayor capacidad regulatoria y transformadora en esa época se centró en la creación de las grandes infraestructuras de abastecimiento y saneamiento, y más adelante de transporte.
La vegetación intersticial de las ciudades, ligada tradicionalmente a la edificación a través de esos jardines y huertos, cedió su protagonismo, en los proyectos de reforma interior y de ensanche de las ciudades, al ajardinamiento de los espacios públicos y a la creación de algunos parques urbanos que funcionaban como ‘pulmones’ en ciudades donde el tráfico y la contaminación aun no habían empezado a suponer un reto mayor.
Sin embargo, el proceso de densificación siguió aumentando, y el tamaño de las ciudades y la necesidad de desplazamientos que eso supone, unido a la accesibilidad de los vehículos privados desembocó a lo largo del siglo XX en un dominio apabullante del tráfico en el espacio público, que fue gradualmente sustituyendo bulevares densamente arbolados por avenidas asfaltadas y plazas ajardinadas por nudos de comunicación. Paralelamente, el subsuelo se colmataba de redes cada vez más complejas, contribuyendo así a la creación de un continuo construido en el que los espacios naturales y los suelos blandos eran escasos e inconexos, y los edificios quedaban en gran medida
Figura 1: Plaza de España y Paseo de Independencia de Zaragoza. (a) año 1920 y (b) año 1970.
El urbanismo contemporáneo desarrollado en la segunda mitad del siglo no renuncio a integrar la vegetación en sus criterios de planificación, pero mientras nadie duda de la necesaria fluidez de las vías de circulación o la exigida interconexión de las redes de infraestructuras, la vegetación en las ciudades planificadas es más una cuestión de cuota al amparo de los viejos principios higienistas que la búsqueda sistemática (y científica) de la creación de un ecosistema natural urbano coherente, sensible con el medio en cada caso y estructurado en la misma medida que se estructuran el resto de los sistemas urbanos[19].
Superado el mayor impulso expansivo en las ciudades europeas, y vuelta la vista a los procesos de regeneración urbana, repensar el microclima urbano es una de las necesidades que se plantean a la hora de definir los criterios de esa regeneración, más aún cuando los efectos de la crisis climática son no solo evidentes, sino más agudos incluso de lo que se había previsto, y estos efectos tienen en las ciudades una particular incidencia.
El aumento de la temperatura del aire en las ciudades con el denominado efecto isla de calor, provoca importantes consecuencias en el consumo de energía por los edificios. Las temperaturas del aire en las ciudades de alta densidad pueden ser entre 4 y 7 ° más cálidas que en las zonas rurales llegando, hasta los 8,5° como en el caso de Madrid, según el reciente estudio Urban HeatSnapshot, desarrollado por la consultora Arup. El efecto isla de calor se ha atribuido, según diversos estudios, pero también a la reflexión de la radiación solar por edificios y pavimentos, a los cambios en los patrones del viento debido al paisaje urbano a la menor humedad de la superficie como resultado de una menor
vegetación y pavimentos menos permeables, a las actividades humanas.
Figura 2: Densificación urbana. Fuente: www.faircompanies.com
La utilización de la vegetación tiene una interesante influencia en la arquitectura por su capacidad para modificar la percepción del observador que mediante las posibilidades de combinaciones de luces y sombras, colores, sonidos e incluso olores. También por sus características aislantes junto con el sustrato en el que se enraíza tanto en climas fríos como en cálidos.
Figura 3: Cubierta verde como elemento integrador con el entorno. Fuente: ProAlt ingeniería.
El uso de la vegetación en las cubiertas y en las fachadas tiene un origen casi vernáculo con su utilización sobre chozas rudimentarias como elemento aislante y su utilización ha llegado hasta la actualidad, aunque en un uso testimonial y se ha fundamentado no solo desde un aspecto estético sino también funcional. Lo que en todo caso permite es, en una primera instancia, suplir la falta de espacio libre con vegetación en los entornos más consolidados. Pero en último término, de forma más ambiciosa, incorporar la vegetación a la edificación de forma notable puede contribuir a una continuidad de los sistemas verdes que también se generen en los espacios abiertos que se deben ganar en esas tramas consolidades, buscando construir ese sistema coherente que debería llegar a ser el medio vegetal dentro de las ciudades para suponer realmente un facto diferencial de sostenibilidad.
2.2.- Las cubiertas verdes.
El uso de cubiertas verdes se ha venido incrementando en las grandes ciudades tanto en España como en el resto del mundo principalmente en las últimas dos décadas. Existe interés respecto a las aportaciones que este tipo cubiertas puede proporcionar con respecto a la reducción de la isla de calor urbana y a la reducción del consumo de energía en los edificios que han ocasionado una avalancha de estudios científicos y publicaciones que abordan el tema desde varias perspectivas.
Las cubiertas verdes se clasifican generalmente según el espesor del sustrato, del tipo de vegetación y del peso generado, en tres tipos: extensiva, semi-intensiva o intensiva. La diferencia está en el tipo de vegetación utilizada que marca el espesor de sustrato.
La cubierta extensiva tiene un espesor poco profundo de sustrato. La capa de sustrato está, normalmente entre los 7 y los 15 cm de espesor y están totalmente integradas en el edificio. Esta tipología de cubierta destaca por tener grandes extensiones de zona cultivable. La cubierta extensiva proporciona las mayores ventajas ecológicas al generar un aislamiento térmico máximo en las plantas inferiores y proporcionar a la cubierta de mucha superficie verde. Normalmente es un tipo de cubierta que se realiza en obra nueva incorporándose en fase de redacción de proyecto.
Requieren bajo mantenimiento, el riego y nutrición, es natural, la carga total sobre la estructura oscila entre los 60 y 180 Kg/m2 y con un coste entre los 70-90 €/m2. La vegetación que puede utilizarse en este tipo de cubiertas es de raíces poco profundas, de bajo porte, plantas que requieran poco aporte de nutrientes y de agua, y estar adaptadas al medio climático. Por lo general son plantas autóctonas para que se adapten al entorno, y de crecimiento lento y poca altura. Se emplean plantas suculentas, herbáceas perennifolias, cespitosas y vivaces, con las que se pueden crean diferentes espacios vegetados según su distribución.
Figura 4. Cubierta extensiva. Fuente: rj-energéticos.com
En la cubierta semi-intensiva el espesor del sustrato oscila entre los 10 y 25 cm por lo que puede al tener mayor espesor que una cubierta extensiva puede albergar vegetación de mayor porte, pero menor que una cubierta invertida. El mayor espesor de sustrato y la vegetación de mayor porte, generan sobre la cubierta mejores beneficios térmicos que los generados en una cubierta extensiva [14]. Las cubiertas semi-intensivas se pueden incorporar a edificios construidos, que puedan soportar peso y tengan una capa impermeable. En comparación con la cubierta extensiva, tiene más variedad vegetal ya que puede contener plantas de tipo cespitosas, herbáceas perennifolias, vivaces, subarbustivas y arbustivas. Puede retener más agua pluvial que una cubierta extensiva, siempre y cuando tenga un buen sistema de drenaje.
Requieren un mantenimiento, riego y nutrición, periódico, la carga total sobre la estructura oscila entre los 150 y 350 Kg/m2 y con un coste entre los 90-130 €/m2
Figura 5. Cubierta semi intensiva. Fuente:www.paissano.com
La cubierta intensiva tiene un espesor de sustrato que suele ser superior a los 60 cm. Puede albergar gran variedad de vegetación. Se suelen emplear plantas cespitosas, arbustivas y arbóreas, requiere un mantenimiento continuo.
La formación de capas de la cubierta intensiva, es similar a cualquier tipo de cubierta vegetal, pero en el caso de estas cubiertas, la capa de aislamiento térmico puede ser opcional de colocarla o no, por el gran espesor que es sustrato suele tener, que genera un buen aislamiento térmico. La gran carga que conllevan estas cubiertas obliga a reforzar la estructura sobre la que se va a construir.
Figura 6: Fuente viverosolimpia.com
La vegetación que puede plantarse son plantas cespitosas, arbustivas y arbóreas. Requieren un mantenimiento, riego y nutrición, continuo, la carga total sobre la estructura es mayor de 600 Kg/m2 y con un coste a partir de los 90-150 €/m2.
Las opciones de composición de una cubierta verde se esquematizan en la siguiente Figura:
Figura 7: Esquema de composición de una cubierta verde. Fuente [14]
La cubierta es la zona del edificio donde se produce más intercambio de calor entre este y el exterior debido a que es la parte más alta del edificio y donde recibe mayor radiación solar. Las capas que componen el sistema constructivo de la cubierta absorben o ceden calor desde el edificio hacia el exterior o viceversa, en función de las temperaturas existentes a ambos lados de la cubierta,
Cuando la temperatura exterior es más elevada que la del interior, se crea un flujo de calor que va hacia el interior del edificio. Según este flujo de calor va atravesando las capas que forman la cubierta que a su vez también se van calentando. Cuando la capa más al exterior se calienta, transmite parte del calor a la siguiente capa, y así sucesivamente, recibiendo cada capa menos calor que la anterior debido a que parte del calor queda retenido en cada capa, disminuyendo el flujo de calor. Cuando la temperatura exterior disminuye, la cubierta cede calor hacia el interior y hacia el exterior.
La inercia térmica es la capacidad de los materiales para almacenar calor y liberarlo paulatinamente. A mayor inercia térmica, mayor capacidad de acumular energía y esta energía acumulada disminuye los intercambios de temperaturas entre el edificio y el exterior. Las cubiertas verdes tienen una alta inercia térmica debido a la capa de sustrato que poseen y a las plantas que en ella viven.
Las características de la vegetación y de la capa de sustrato, confieren una baja conductividad térmica y capacidad aislante (junto con los propios elementos estructurales de aislamiento e impermeabilizantes) y junto el aire que hay entre las hojas, ofrecen la resistencia térmica necesaria para disminuir el intercambio de temperatura entre el interior y el exterior. Estas cubiertas son capaces de acumular la energía necesaria y amortiguar las puntas de temperatura regulando la temperatura entre las distintas horas del día.
Diversos estudios han demostrado al comparar los flujos que ocurren en una cubierta tradicional con otra de tipo ajardinada, que la variación de temperatura de una cubierta tradicional es muy amplia, mientras las cubiertas ajardinadas realizan una variación atenuada, mantienen su flujo térmico con escasas variaciones.
Figura 8: Amortiguación de la temperatura verano e invierno. Fuente [14]
La figura 8(a) muestra la temperatura existente en verano bajo la capa de sustrato y bajo la vegetación, mediciones realizadas en una cubierta verde en Kassel, Alemania. Se trata de un sustrato de 16 cm de espesor con vegetación, sobre los que se midieron estos parámetros. Con una temperatura al medio día, al exterior de 30°C, la vegetación alcanza los 23° y bajo el sustrato el dato de la temperatura es de 17.5°C.
En la figura 8(b) Las mediciones recopiladas pero en época de invierno, recogen que con una temperatura al exterior de -14°C, bajo el sustrato la temperatura es de 0°.
Las curvas de las dos figuras anteriores reflejan que una cubierta verde en verano, tiene un efecto de enfriamiento considerable, y en invierno muestra un muy buen efecto de aislación térmica [14].
El flujo de calor se produce por el enfriamiento pasivo y la evapotranspiración de las plantas, que son de fundamental importancia para que la cubierta realice los intercambios energéticos entre la edificación y el medio exterior, llegando a suponer que en el caso de una cubierta con vegetación densa tenga una ganancia térmica del 40% con respecto a otra sin vegetación [17].
2.3.- Las fachadas verdes.
Con la creciente preocupación por el consumo de energía, una de las últimas aportaciones que se vienen utilizando en los edificios es la fachada de doble piel o fachada ventilada. Este tipo de fachada contempla tanto las fachadas biológicas como las no biológicas, en las que la fachada tradicional o la pared exterior de los edificios se cubren con una o más capas (un vidrio o cerámica para las fachadas no biológicas y vegetación para las biológicas) separadas por una cámara de aire.
Figura 9: Sistema de piel verde en crecimiento. Fuente: www.tectonica.es
El uso de la fachada biológica o verde cumple el objetivo de reducir la radiación solar directa, cubriendo aquellos espacios que tengan una sobreexposición a los rayos solares logrando con ello una transmitancia casi nula ya que el coeficiente de absorción y de refracción de la vegetación es muy alto.
La energía absorbida por las plantas es utilizada en la fotosíntesis y la evapotranspiración. En la evapotranspiración no solo se libera H2O aumentando la humedad ambiental, sino que se utiliza calor del entorno, reduciendo la temperatura del aire. Es un proceso de las plantas para bloquear la radiación solar sin aumentar su temperatura. Las hojas, dependiendo de la cantidad y del tipo de vegetación pueden reflejar y/o absorber entre el 40% y el 80% de la radiación recibida.
La envolvente del edificio en general y los muros exteriores y las ventanas en particular, desempeñan un papel crucial en el consumo energético global del edificio al ser el elemento de interacción entre los ambientes interior y exterior y por lo tanto el responsable del aislamiento entre ambos y de las perdidas energéticas producidas. El diseño y la construcción de la envolvente del edificio pueden mejorarse para reducir significativamente la energía necesaria para calentar y enfriar los edificios, ya que los elementos que componen la envolvente del edificio son responsables de casi el 40% de las perdidas energéticas de los edificios [4].
Tanto las fachadas no biológicas como las biológicas, mejoran el rendimiento térmico de los edificios evitando la radiación solar y proporcionando sombra, lo que se traduce en una reducción de las temperaturas en la superficie de la pared exterior, aunque las primeras no proporcionan los beneficios de las segundas.
Los muros verdes pueden clasificarse como fachadas verdes o sistemas de muros vivos. Los muros vivos utilizan plantas enraizadas en un conjunto de jardineras verticales fijadas a una pared exterior; el conjunto se prefabrica y se dota de vegetación antes de su instalación. Las fachadas verdes utilizan plantas trepadoras enraizadas en el suelo que crecen por una pared exterior, ya sea directamente unidas a las paredes exteriores, como la hiedra, o separadas de la pared, pero utilizando elementos estructurales adicionales como enrejados verticales para sostener las plantas trepadoras.
Figura 10: Tipos de fachadas verdes. Fuente [16]
Las fachadas verdes se utilizan desde hace tiempo para mitigar el efecto isla de calor en las zonas urbanas, tanto en edificios nuevos como en los ya existentes. En zonas consolidadas de la ciudad donde no es posible la incorporación de zonas ajardinadas, la alternativa de colocación de jardines verticales resulta una buena alternativa [18]. En las zonas de clima cálido, las paredes vivas se secan rápidamente debido a las altas tasas de evaporación y a los pequeños volúmenes de los medios de crecimiento; por lo tanto, suelen requerir un riego frecuente y un mayor mantenimiento. En cambio, las fachadas verdes requieren volúmenes de riego inferiores. Para más información sobre los diferentes sistemas de jardines verticales el lector puede acudir a los trabajos de A. Poza [6] y A. Carrera [8].
En el estudio realizado por Perini et al [16] puede observarse la diferente aportación de los tres tipos de fachadas verdes (vegetación directamente unidad a la fachada, vegetación sobre elementos auxiliares creando una cámara de aire con la fachada o muros vivos) frente a una fachada tradicional con respecto a la temperatura y velocidad del viento. Los resultados arrojaron una disminución de la velocidad del viento de 0.2 m/sg y reducciones de temperatura de casi 4° en la cara de la fachada.
2.3.1.- Contribución de la evapotranspiración en la refrigeración de la fachada de un edificio.
Las fachadas verdes favorecen la evapotranspiración, que es la combinación de la evaporación desde la superficie de la vegetación, el suelo y otras superficies circundantes y la transpiración del agua interna de las hojas en vapor de agua. Depende de las condiciones climáticas como la radiación solar, la temperatura del aire, la velocidad del viento y la humedad, así como por las características de la planta y del sustrato, incluidas las especies vegetales. La evapotranspiración puede reducir la temperatura del aire ambiente, aumentar la pérdida de calor de las superficies exteriores de los edificios y reducir la carga de refrigeración de los edificios cuando hace calor. El efecto general de refrigeración de las fachadas verdes se ha investigado y comunicado en una amplia gama de condiciones climáticas en diversos trabajos e investigaciones.
Bakhshoodeh et al., [2] estudiaron la contribución de la evapotranspiración de las fachadas vegetales frente a las fachadas ventiladas y compararon los resultados, durante los días calurosos y soleados. Las temperaturas de las paredes exteriores situadas detrás de la fachada verde eran hasta 7° más frías que las fachadas ventiladas. Además, las temperaturas detrás de la fachada verde y de las fachadas ventiladas eran siempre más frías que las del aire ambiente, entre 11 y 6,8 °C, respectivamente, lo que indica que la refrigeración por evapotranspiración contribuía en un 25-35% a la refrigeración global inducida por las fachadas verdes. Los beneficios térmicos proporcionados por la fachada verde indicaban que podían contribuir eficazmente a la sostenibilidad del diseño del edificio y constituir una solución eficaz basada en la naturaleza para el calor urbano a escala de ciudad y el uso energético de los edificios.
Las fachadas verdes pueden regular las temperaturas bloqueando y absorbiendo la radiación solar, proporcionando refrigeración a través de la evapotranspiración y mejorando la conducción del calor y reduciendo la velocidad del viento.
3.- Resultados y discusión.
La totalidad de los trabajos revisados coinciden en los beneficios indiscutibles que aporta la presencia de la vegetación en las ciudades desde multitud de enfoques.
El efecto isla de calor es el sobrecalentamiento que se produce en las ciudades con respecto a las zonas periféricas, sobre todo en las épocas calurosas. Este aumento de temperatura centrado en la zona de las ciudades es debido a la gran densidad de población, a las superficies pavimentadas, a la contaminación expulsada por la industria, por el mismo uso de los edificios, y por los vehículos, además de una gran ausencia de zonas verdes, que se encuentran de manera minimizada y heterogénea.
El Ayuntamiento de Chicago comparte el mismo edificio con el Consejo del Condado de Cook al 50%. En los 3.500 m2 de cubierta correspondiente al primero, se realizó un proyecto experimental de cubierta verde con más de 100 tipos de especies vegetales y tres tipos de vegetación (intensiva, semi- intensiva y extensiva), donde varias colmenas viven allí polinizando flores.
Figura 11: Edificio del Ayuntamiento de Chicago y del Condado de Cook. Fuente [12]
Una medición realizada en 2007 demostró que mientras en la cubierta del Ayuntamiento registraba una temperatura de 21°C, la temperatura en la cubierta de Condado de Cook era de 40° [12], se observó una reducción de la temperatura del aire de 7° a 1 m de la cubierta y se conseguía retener más del 75% del agua pluvial de las tormentas [10].
La instalación de cubiertas verdes reduce las emisiones de dióxido de carbono y los costes energéticos asociados a la refrigeración y calefacción de los edificios. Un estudio realizado por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) en la cubierta verde del Ayuntamiento de Chicago, demostró que cada grado Fahrenheit menos en la temperatura ambiente del edificio se traduce en un descenso del 1,2% en el consumo de energía para refrigeración. El estudio sugiere que si todos los edificios de Chicago fueran techos verdes (el 30% de la superficie total), se ahorrarían 100 millones de dólares anuales por la reducción en los consumos energéticos por refrigeración en los edificios [11].
Figura 12: Imagen real y térmica de una cubierta verde y otra tradicional. Fuente [13]
Supone un ahorro energético directo que puede contabilizarse en función de las condiciones del edificio, climáticas y del entorno. De acuerdo a estudio realizado en Madrid [9], una oficina consume aproximadamente 1.250 MJ por m2 al año. De estos, un 39% del consumo total de energía corresponde a la calefacción del edificio y un 4% al uso del aire acondicionado. Esto equivale a 538 MJ al año. La cubierta vegetal analizada, permite una reducción del 23% en el consumo de energía para calefacción y del 75% para el aire acondicionado. Esto significa que con una cubierta vegetal pueden ahorrarse 150 MJ por m2 al año lo que supone 41,66 KWh/año por cada m2 de cubierta vegetal.
Las plantas existentes alrededor de los paneles generadores de energía hacen mejorar su rendimiento debido a que la vegetación de la superficie de la cubierta reduce la temperatura en los paneles por la propia evapotranspiración de las plantas, de forma que los paneles pueden generar hasta un 16 % más de energía que los situados en cualquier otro tipo de cubierta. Además, las plantas son capaces de retener sustancias en suspensión en el aire, minimizando así las partículas que se puedan fijar a la superficie receptora de los paneles y que también disminuyen su rendimiento [14].
El viento reduce la eficacia del aislamiento térmico de un edificio, por lo que una barrera vegetal colocada adecuadamente en la fachada, reduce las pérdidas térmicas por convección. La capacidad de disminuir la velocidad del viento que incide en las fachadas, así como la modificación del clima que ocurre entre el espacio entre la pantalla vegetal y la fachada, puede llegar a compensar el efecto negativo de las fachadas vegetadas en invierno debido al efecto sombra.
En las fachadas verdes, el sonido que llega a las hojas, es amortiguado mediante reflexión, refracción y absorción de la energía acústica. Una parte de la energía sonora llega a las hojas y hace que estas vibren. La otra parte de le energía acústica es reflejada y difractada alrededor de la hoja. A mayor número de hojas mayor reducción de ruido. Se han documentado estudios de reducción de hasta 5 dB. En las cubiertas verdes, la combinación de sustrato, plantas y aire atrapado en el sistema de la cubierta vegetal constituye un excelente aislante acústico. Las ondas sonoras inciden y rebotan. El sustrato bloquea las ondas sonoras más bajas, mientras que las plantas frenan las frecuencias más altas. Se han documentado que las cubiertas verdes de permiten una reflexión del ruido de 3 dB y un aislamiento acústico de hasta 8 dB. En este último supuesto, el sustrato y la vegetación desempeñan un papel importante en el grado de insonorización. Mientras más grueso es el sustrato y la vegetación, mejor es el aislamiento acústico. En 2004 un estudio en el aeropuerto de Frankfurt, Alemania. Tras la instalación de una cubierta vegetal con un grosor de solo 10 cm se logró reducir el ruido ambiente 5dB [9].
La presencia de vegetación mejora de la calidad del ambiente, con la absorción de CO2 y liberación de O2. La adherencia en la vegetación de partículas que se encuentran en suspensión en el aire y que son llevadas a la superficie y posteriormente a la red de alcantarillado por la lluvia, favorece la limpieza del aire. Esta cuestión resulta de importancia ya que las partículas finas suspendidas en el aire constituyen uno de los mayores peligros para la salud pública al provocar problemas cardiacos y enfermedades respiratorias.
El CO2 es una sustancia gaseosa originada principalmente por la quema de combustibles fósiles. El continuo incremento de la cantidad de CO2 contenida en el aire se considera una de las principales causas del calentamiento de la tierra. Es sabido que las plantas absorben CO2 pero, sin embargo, ese aumento no es compensado al mismo ritmo con la plantación de árboles y vegetación. Según estudios realizados la capacidad de fijación de CO2 por los árboles es de 1 kg de CO2 por cada 4 m2 y año. En el caso de cubiertas verdes se ha determinado una capacidad de captación de 162 CO2 por m2 y año [12]. Con el uso de cubiertas y fachadas verdes en los edificios y zonas verdes en viales, se está contribuyendo a reducir la cantidad de CO2 en el aire y a contrarrestar el calentamiento global.
Muchos elementos en la naturaleza pueden capturar partículas finas que van a parar después al alcantarillado junto con el agua de lluvia. Se estima que una cubierta vegetal extensiva captura 1,5 kilos de partículas finas por hectárea, lo que equivale más o menos a la capacidad de un árbol maduro. En otras palabras, un techo verde captura más partículas finas que un techo liso corriente. Esto se debe a la estructura irregular de la superficie: a mayor irregularidad, mayor captación de partículas finas. En las ciudades, donde el nivel de gases de escape es alto, las cubiertas vegetales prestan un gran beneficio a la calidad del aire y contribuyen a la reducción de partículas finas. CaixaForum Valencia presume de tener el jardín vertical interior más grande de Europa. Con una superficie de 700 m2, es obra de Ignacio Solano, quien lo define como “una obra de arte viva de 360° que está en constante cambio”. Sus más de 20.000 plantas, de 150 especies, ayudan a producir el oxígeno necesario para 650 personas, permiten captar 85 kg de polvo al año, filtrar 433 toneladas de gases nocivos al año y atrapar 140,15 kg de metales pesados [18].
Figura 13: Jardín interior Caixa Forum Valencia. Fuente www.micasarevista.com
La existencia de vegetación, tanto en cubiertas verdes, en fachadas vegetales y jardines ayudan a laminar la escorrentía de aguas pluviales al alcantarillado, así como en el caso de cubiertas verdes a capturar el agua de lluvia, utilizado, en función del sistema, para el posterior riego de zonas verdes. Actualmente los edificios deben estar diseñados de manera que sean capaces hacer frente a intensas lluvias. Los desbordamientos y las inundaciones generan considerables daños económicos y medioambientales. Las cubiertas vegetales alivian el alcantarillado y reducen las inversiones en materia de ampliación de las redes de alcantarillado. Por ello y muy especialmente en zonas densamente pobladas, la retención de agua en los techos está adquiriendo cada vez mayor importancia. Las cubiertas vegetales permiten reducir significativamente la cantidad de agua que se vierte en el alcantarillado. Las cubiertas vegetales acumulan agua en las plantas y en el sustrato, y la devuelven a la atmósfera a través de la evaporación. La cantidad de agua que puede retener una cubierta vegetal depende del grosor y tipo del sustrato, el método de drenaje y la vegetación utilizada.
Otro beneficio del uso de vegetación en los edificios y ciudades, es su capacidad para compensar la pérdida de los hábitats de las especies nativas, proporcionando hábitats, refugio y lugares de descanso para insectos, aves y otros invertebrados favoreciendo la biodiversidad y el ciclo ecológico en zonas urbanas. Está comprobado que cuanto más complejo y diversificado sea el conjunto vegetal, más amplia será la cantidad de especies que habiten el espacio y que cuanta más agua pueda retener el sustrato, más biomasa se desarrollará. Este efecto se potencia de forma notable contra más conectados estén los diversos fragmentos de la trama verde, por lo que la combinación entre espacios públicos y edificios se convierte en el mecanismo más eficaz para la creación de ecosistemas urbanos. El aumento de edificio con cubiertas verdes favorece la formación de corredores verdes que unen las zonas con vegetación de la ciudad con las zonas verdes naturales de los alrededores como bosques, sierras, huerta, valles… formando así un espacio vegetado unificado [14]. Además, se pueden utilizar estas cubiertas para criar y proteger algunos animales en peligro. Existen ciudades como Augustenborg o Chicago que utilizan las azoteas para realizar actividades de apicultura, para favorecer los trabajos de polinización.
Figura 14: Colmena en la cubierta de edificio. Fuente [18]
En áreas densamente pobladas, la falta de espacios verdes para los habitantes suele ser un problema. Las cubiertas verdes embellecen los entornos y se convierten en algo agradable a la vista, tanto observando desde otros edificios como desde la calle. Es sabido del efecto psicológico que induce el color verde: tranquilidad y relajación. Un paseo por un espacio verde de la ciudad, por ejemplo, ayuda a bajar la presión arterial, reduce el ritmo cardíaco y contribuye a una más rápida superación de los síntomas del estrés [7].
3.1.- Regulación y programas realizados por las ciudades.
Existen organizaciones internacionales que se dedican al estudio, apoyo y fomento de la implementación de techos verdes. Un ejemplo de este tipo de organizaciones es World Green Infrastructure Network (WGIN), organización sin fines de lucro dedicada a investigar y difundir información acerca de las cubiertas verdes, además de organizar y celebrar uno de los congresos más importantes a nivel mundial. Apoya a organizaciones nacionales de cubiertas verdes como la Asociación Mexicana para la Naturación de Azoteas (AMENA). También existe Green Roofs for Healthy Cities, asociación americana sin fines de lucro que se encarga de impulsar la expansión y crecimiento de la industria de las cubiertas verdes y fachadas vegetales en América del Norte. También existen academias para formar profesionales especializados en techos verdes, siendo un ejemplo Living Architecture Academy de la asociación Green Roofs for Healthy Cities, donde se imparten cursos de capacitación y certificación en temas relacionados con su diseño, instalación y mantenimiento. Además, esta misma asociación cada año hace reconocimiento y premia, a través del programa Green Roof and Wall Awards of Excellence, al mejor diseño, la mejor investigación, la mejor contribución cívica y la contribución más significativa en la industria de los techos verdes
En Basilea en el año 2004, a través de un programa de ayudas públicas, dando lugar a una ecologización de 85.000 m2 de cubiertas verdes. Actualmente hace registradas un total de 1 millón de m2 de cubiertas verdes estimándose un ahorro de 4 millones de kWh/año [10].
Desde el año 2010 se aplica en Toronto una Ley que regula la realización de cubiertas verdes fijando un porcentaje mínimo (entre el 20 y el 60%) en edificios de nueva construcción, en función de su superficie y su uso. Como resultado, durante los primeros dos años de implantación de la Ley se han
generado 1,2 millones de m2 de espacios verdes en los edificios con un ahorro energético de 1,5 millones de KWh/año y una reducción anual de 12.177 m3 de agua pluvial vertida a la red de saneamiento, que a menudo se desbordaba en caso de tormentas intensas [10].
Chicago es conocida actualmente por sus cubiertas verdes. En el año 2001, se decidió realizar una cubierta verde en el Ayuntamiento de Chicago y tan solo sólo había dos empresas en Estados Unidos que pudieran hacerlo. En el año 2010, Chicago ya se había convertido en líder estadounidense en cubiertas verdes, con instalaciones en 450 edificios y más de 20 empresas expertas con sede en Chicago para su realización.
Copenhague. En esta ciudad se implantó una normativa sobre cubiertas verdes en el año 2010, donde se obliga a los propietarios de edificios a instalar una cubierta verde siempre que esta tenga una pendiente inferior el 30°. En este año, el consumo de energía para calefacción y electricidad representaba el 75% de las emisiones de CO2 y con esa norma se intentaba transformar las cubiertas de los edificios en cubiertas verdes previendo un incremento de 5.000 m2 por año. En el año 2017, fue galardonada como la ciudad más verde en los C40 Cities Awards gracias al proyecto que inició para reducir las emisiones de CO2, consiguiendo en esos siete años una reducción del 40%.
Paris es una ciudad densamente construida poblada. Debido a la escasez de espacio horizontal, el ayuntamiento ha creado un departamento para el desarrollo de ideas para incluir superficies verticales vegetales. Los ciudadanos, propietarios e inquilinos pueden solicitar vegetar la pared exterior de su edificio. Esta solicitud es analizada y si se aprueba, las plantas son suministradas y el ayuntamiento se hace cargo del mantenimiento [8].
Estos son ejemplos entre muchos otros a nivel mundial de estrategias implementadas y desarrolladas por ciudades que han dado lugar a mejoras muy importantes para incorporar la vegetación a las zonas urbanas para la mejora de la calidad de vida en general.
4.- Conclusiones.
Los resultados de la importante cantidad de trabajos e investigaciones realizados principalmente en las últimas dos décadas en los cinco continentes demuestran que la incorporación de vegetación en los edificios a través de las cubiertas y fachadas verdes aporta un gran beneficio tanto en la reducción de consumos energéticos en los edificios y como herramienta de mejora de las condiciones de vida en las ciudades.
La reducción de la temperatura por la vegetación a través de absorción, reflexión y fotosíntesis minimizan, en la escala adecuada el efecto isla de calor. Igualmente, la característica aislante de estos sistemas frente a los tradicionales (cubiertas y dobles pieles que irradian) reduce la trasmisión de calor a los edificios y con ello la reducción del consumo de energía para su climatización, con la consecuente reducción del CO2.
Un aspecto no abordado en este trabajo es la comparativa desde un punto de vista de producción/reducción de energía, entre el uso de la cubierta para la ubicación de plantas fotovoltaicas o para la disposición de vegetación, o incluso yendo un paso más allá la combinación de ambas soluciones, que evidentemente vendría determinada por variables como la geometría de la cubierta, orientación, elementos sobresalientes, condiciones de contorno, etc.
En algunas ciudades se han implantado mediadas para la incorporación de cubiertas verdes y existen organizaciones internacionales que se dedican al estudio, apoyo y fomento de la implementación de cubiertas verdes. Un ejemplo de este tipo de organizaciones es World Green Infrastructure Network (WGIN). Por ello, resulta necesario la normalización y regulación de la inclusión de la vegetación en los edificios a través de cubiertas y fachadas verdes que introduzcan estos sistemas a los edificios de nueva construcción y proporcionar las ayudas económicas y técnicas necesarias para incorporarlo al parque de edificios construidos
La incorporación de infraestructuras verdes tanto a la edificación como al planeamiento urbanístico debe necesariamente apoyarse en un desarrollo normativo muy conectado a la realidad climática de cada ciudad, basado en especies autóctonas o de fácil aclimatación o en sistemas alternativos compatibles con los entornos locales y con la mayor o menor escasez de agua y humedad. Las soluciones en este terreno, como en general en los sistemas pasivos de mejora del rendimiento energético de la edificación, son altamente sensibles a las diferencias climáticas. Se requerirá por tanto una apuesta por la investigación local multidisciplinar que aporte modelos asequibles a los profesionales responsables en última instancia de implementar dichas soluciones.
