INTRODUCCIÓN

Los cambios de usos del suelo, de morfología y de materiales del ambiente construido son algunos de los resultados de los procesos de urbanización causados por el aumento de población urbana y considerados incidentes en el cambio climático. Actualmente, más del 50% de la población del mundo vive en ciudades y para el año 2050 se espera que sea el 70% (United Nations, 2010). El entorno edificado y el contexto urbano influyen sobre el microclima local, sobre los consumos de energía y sobre el bienestar de los habitantes de la ciudad. Esto se ha visto reflejado en el aumento de temperatura y de ondas de calor sobre ciudades europeas y de Estados Unidos principalmente (Davis et. al., 2004), lo que finalmente conlleva el aumento de consumo de energía en refrigeración (Santamouris, Argirious y Papanikolau, 1996).

Los procesos termodinámicos del clima en la ciudad dependen de diferentes factores (Cleugh y Oke 1986; Grimmond y Oke, 1995; Isalgué, Roset y Coch, 1998; Roth y Oke, 1995; Christen et al., 2002a; 2002b; Busato Lazzarin y Noro 2014) originados en la forma y materiales de la ciudad y en el proceder de sus habitantes, que son determinantes en el comportamiento del microclima en el espacio urbano y, en particular, de calles o cañones urbanos y favorecen el fenómeno de isla de calor (UHI) (Grimmond y Oke, 1999).

El cañón urbano, que por forma disminuye la ventilación y el enfriamiento radiativo nocturno, mantiene altos niveles de temperatura del aire durante la noche, especialmente en aquellos espacios exteriores conformados entre edificios de oficinas o comerciales (Kikegawa, Ohashi y Kondo, 2007). La obstrucción solar por el perfil del cañón produce enfriamiento del aire durante el día debido a que la radiación llega de manera distinta a cada superficie dependiendo de la orientación, geometría y de la visibilidad que cada una tenga respecto de la dirección de la radiación (Voogt y Krayenhoff, 2005). Si hay baja visibilidad de cielo (mayor relación H/W) hay menor variación diaria de temperatura (Ali-Toudert y Mayer, 2006) y, a medida que aumenta, el cañón presenta mayor variación (Gál, Lindberg y Unger, 2008). Además, una mayor visibilidad de cielo, favorece una mayor ventilación. Es característico también la disminución del albedo global de la calle (Akbari y Konopacki, 2005) y el calentamiento del aire durante el día y la noche, lo que en algunos estudios señalan que el aumento de superficies vegetales generaría un efecto contrario (Susca, Gaffin, & Dell’Osso, 2011; Takebayashi & Masakazu, 2007). La generación de calor producto de la actividad en el interior de los edificios, se disipa en el aire de la calle, provocando un calentamiento del aire durante el día y la noche. Estas fuentes antropogénicas de calor actuales aumentan los requerimientos de climatización en los edificios al estar relacionados de manera importante ambos factores: microclima urbano y climatización (Bozonnet, Belarbi & Allard, 2006). Los nuevos espacios de trabajo, los sistemas de oficinas, los ordenadores, etc., así como el calor antropogénico que se libera de la combustión de los combustibles fósiles, ya sea desde fuentes móvil o desde fuentes fijas y que se dan en mayor medida en los centros urbanos, favorecen estas dinámicas. El almacenamiento térmico y la ventilación del espacio de la calle, son variables fundamentales en el confort peatonal, ahorro energético de las edificaciones y en el calentamiento de la ciudad (Kolokotronia et al., 2012).

El objetivo de este trabajo es relacionar los fenómenos de comportamiento térmico del clima y del microclima urbano con la variable morfológica de la ciudad edificada, donde el uso del espacio público cobra un alto valor cultural.

CASO DE ESTUDIO

Valparaíso es una ciudad en crecimiento que, por un lado, desarrolla nuevos tejidos en su expansión urbana sobre el territorio y, por otro lado, desarrolla un proceso de densificación del actual tejido urbano, especialmente en el sector de El Almendral. La ciudad se compone en su periferia de edificaciones de viviendas, principalmente de baja altura: (1 ó 2 pisos de 3 a 5 m) y un perímetro de vegetación en el borde superior de los cerros a su alrededor. En la parte baja o plan, la ciudad está totalmente urbanizada, con cobertura altamente mineralizada y con edificaciones de alturas sobre los 12m llegando a más de 40 m en sectores cercanos al mar y presenta pequeños espacios de vegetación en algunas plazas.

METODOLOGÍA Y RESULTADOS

Como metodología general se considera el estudio del clima de la ciudad de Valparaíso para determinar la existencia del fenómeno isla de calor. Una vez definido este fenómeno, se estudia en particular aquella zona de la ciudad que presenta de manera más evidente su participación en este fenómeno.

ETAPA 1: METODOLOGÍA

Se estudia el clima general de la ciudad de Valparaíso y la posible existencia del fenómeno de isla de calor, de acuerdo a la metodología de transectos urbanos (Vide y Moreno, 1990); se considera valor referencial de temperatura del aire el valor que se registra en la estación meteorológica de la Universidad Técnica Federico Santa María. Se registra la temperatura del aire en tres recorridos de un largo aproximado de 5 km cada uno en el mes de agosto 2007 (invierno) en tres momentos del día: la mañana (10,30 h), la tarde (14,00 h) y la noche (20,00 h). Estos recorridos dan cuenta de la diversidad topográfica y morfológica de la ciudad y se distingue en la figura 1.

Figura 1
Imagen de la diversidad de condiciones morfológicas edificadas y topográficas de la ciudad.
Elaboración propia.

ETAPA 1: RESULTADOS

A las 10,30h de la mañana se constata una alta dispersión de temperatura del aire entre los puntos registrados, siendo la temperatura general de los puntos de los transectos mayor que la de la estación meteorológica de referencia. Se observa que aquellos espacios más abiertos presentan mayor variación de temperatura y los espacios orientados al noreste presentan mayor temperatura durante la mañana. Existe una mayor temperatura de superficie cuando el terreno tiene una orientación hacia el noreste y cuando tiene una mayor pendiente. A las 14,00 h se constata una variación de estas temperaturas quedando en un estado de entorno del valor registrado en la estación meteorológica de referencia. Al anochecer, sobre las 20,00 h, se observa una dispersión de la temperatura del aire más homogénea y un comportamiento climático que refleja la existencia del fenómeno de isla de calor en la ciudad a saber: Se distingue una menor temperatura en la periferia y zonas topográficas más altas y una mayor temperatura en las zonas ubicadas en el plan de la ciudad. La temperatura del aire durante el transecto es mayor en la zona de mayor densidad edificada (zona bancaria y de oficinas) y en la zona de mayor actividad urbana (zona bancaria y de oficinas). Se distinguen diferencias de temperatura de hasta 5 ºC entre el centro urbano y la periferia (Figura 2).

Figura 2
Izq. Registro de temperatura del aire en transecto 10:30 hrs. Der. Registro de temperatura del aire en transecto 20:00 hrs. Se encierra en círculo los puntos de mayor temperatura en el periodo nocturno, que se corresponde con la zona del plan de mayor densidad de edificación.
Elaboración propia.

Se observa que las variaciones de la temperatura del aire entre diversos puntos en la ciudad están relacionadas con las variaciones de morfología, materiales y emplazamiento, así como el uso de suelo. Desde el punto de vista morfológico, la cantidad de cielo visible y la orientación de la pendiente son dos variables relevantes en los resultados.

ETAPA 2: METODOLOGÍA

Se estudia la relación entre la morfología y el microclima en la zona que presenta el registro de temperaturas del aire más altas a las 20,00 h en el estudio de transectos. Corresponde a la zona de mayor densidad edificada de Valparaíso (Figura 3). Esta zona o tejido urbano se caracterizar de acuerdo a la tabla 1:

Figura 3
Imágenes de algunos casos en zona de estudio.
Elaboración propia.

Tabla 1
Caracterización general de la zona de estudio (┴s = perpendiculares; //s = paralelas).

Elaboración propia.

Se evalúan las características de morfología y materiales en los espacios públicos estudiados (Figura 4). Se determinan dos descriptores morfológicos para cada uno, que luego se contrastan con el comportamiento microclimático en ellos:

Figura 4
Descripción descriptores morfológicos para los casos de estudio.
Elaboración propia.

El Factor de Altura Relativa (FHR). Mediante este factor se determina la posible influencia del entorno en el suceso microclimático de un lugar, correspondiendo a la relación relativa entre el lugar y el entorno. Para poder determinar numéricamente este valor se procede de acuerdo a lo descrito en el modelo climático del Eixample de Barcelona (Isalgué, et al., op. cit. 1998), que es un modelo matemático multiescalar que considera variables de diseño urbano en la definición del clima de la ciudad, del barrio y del espacio de la calle. Para el cálculo del FHR, el modelo señala que este se obtiene de la relación de ángulo entre la diferencia de altura entre el lugar a evaluar y cada punto del entorno circundante y la distancia horizontal a la que está cada punto del entorno (ángulo entre lo lejos que está el punto del entorno y lo más arriba o más abajo que se encuentra respecto del lugar a evaluar). Esta diferencia de altura se considera positiva si el lugar está más alto que el entorno y negativa si está más bajo. El valor final de Altura Relativa corresponde al valor del arc tg (altura/distancia)/90°, que relaciona altura y distancia con respecto a los puntos de alrededor, y cuyo valor fluctúa entre -1 y 1.

El Factor de cielo visible (SVF, sky view factor). Corresponde a la porción de cielo en la cual el espacio público estudiado se presenta abierto. Este valor está correlacionado con el ingreso de radiación directa y con la ventilación de la calle. Para su determinación se procede a partir de la imagen fotográfica de ojo de pez que muestra el cielo del lugar siguiendo el procedimiento de Souza, Rodrigues y Mendes (2003). Diversos estudios consideran este factor como determinante del clima del espacio urbano (Blennow, 1995; Grimmond et al., 2001; Ratti, Baker y Steemers, 2005). Su valor varía entre 0 y 1.

ETAPA 2: RESULTADOS

Respecto a la temperatura del aire, se observa que esta es menor cuando es menor el FHR. En los casos estudiados en la zona del centro de la ciudad existe una correlación entre la temperatura del aire y el FHR. Se observó que a las 14,00 h la temperatura disminuye 1,2ºC por cada disminución de -0,1 de FHR (Figura 5).

Figura 5
Izquierda, Temperatura del aire respecto del descriptor Factor de altura Relativa (FHR).
Elaboración propia.

Respecto a la variación de la temperatura del aire, se observa en los casos estudiados que esta es menor cuando es menor el FHR, es decir, que cuando FHR tiende a -1 —la sección del cañón es más esbelta— hay menor variación diaria de temperatura. En los casos estudiados del centro de la ciudad, existe una correlación entre la variación de la temperatura del aire y el FHR. Se observa que la variación de la temperatura del aire de 10,00 h a 14,00 h, disminuye 1 ºC por cada -0,1 de factor de altura relativa que disminuye (Figura 6).

Figura 6
Variación Temperatura del aire respecto del descriptor Factor de altura Relativa (FHR).
Elaboración propia.

Respecto a la temperatura de radiación global de los paramentos que conforman el espacio urbano, se observa en los casos estudiados, que a las 14,00 h esta es mayor cuando es mayor el SVF. En los casos estudiados del centro de la ciudad, existe una correlación entre la temperatura de radiación global de los paramentos y el factor de cielo visible SVF. Se observa, por ejemplo, que a las 14,00 h, la temperatura de radiación aumenta 6,4 ºC por cada 0,1 de factor de cielo visible (Figura 7). Es decir, en estos casos, a medida que aumenta la visibilidad de cielo y el cañón es mas abierto, a las 14,00 h, la temperatura de radiación es mayor. Sin embargo, a las 20,00 h, independientes del SVF, las temperaturas de radiación global de los paramentos del cañón tienden a homogenizarse entre los casos estudiados.

Figura 7
Temperatura media de radiación de los paramentos respeto del descriptor Factor de Cielo Visible (SVF).
Elaboración propia.

Se observa que en perfiles más esbeltos y más hundidos respecto del entorno disminuye la incidencia del clima de la ciudad en sus microclimas: los casos de FHR menores y menor SVF, presentan un mayor control sobre su microclima y menores variaciones (Figura 8). Esto se evidencia al atardecer cuando, independientemente de la sección, la tendencia es la de homogenizar la temperatura del aire y mantener una radiación global de los paramentos de manera similar determinando similares radiaciones (w/m2) en todos los cañones estudiados en el centro de la ciudad (Figura 8).

Figura 8
Correspondencia entre temperatura del aire, temperatura de radiación y variación de la temperatura de radiación.
Elaboración propia.

CONCLUSIONES

Para los casos estudiados se observa que existen correlaciones entre el comportamiento microclimático de sus espacios y la conformación geométrica del cañón. Se ha constatado que las características morfológicas o descriptores definen las tendencias del comportamiento climático de espacios urbanos como los estudiados. La existencia de situaciones climáticas no explicadas geométricamente tiene relación con otros factores modificadores del clima, como la radiación proveniente del tránsito o de la actividad al interior de las edificaciones, no presentadas en este trabajo.

Se ha mostrado que la forma de la calle (SVF) y sus materiales son incidentes en el microclima y que esto es más evidente cuando su perfil es más esbelto, especialmente en relación a la temperatura del aire y la radiación de los paramentos, donde se aprecia una menor influencia del clima local, que es evaluado a partir del descriptor FHR.

Un menor cielo visible y una menor exposición al viento de la ciudad, como característico de la zona de mayor densidad edificada, favorecerían una mayor acumulación de energía en el espacio urbano que se traduce finalmente en una mayor temperatura del aire al atardecer, propiciando el fenómeno de isla de calor.

Al considerar el emplazamiento dentro de la ciudad, la morfología urbana y la forma del cañón tienen mayor influencia en su microclima en la parte baja del plan de la ciudad más que en las partes altas y con pendiente, que se encuentran más expuestas a la radiación solar y al viento local. Se observó que para similares superficies de material, mayores alturas de emplazamiento (s.n.m.), favorecen un mayor enfriamiento durante la noche.

Finalmente se observó que el Factor de Altura Relativa (FHR) y el Factor de Cielo Visible (SVF) están fuertemente correlacionados. Esto pone en valor el contexto como condicionante morfológica para los microclimas en los espacios urbanos.

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Notas