Los diseños de tus techos son resilientes y sostenibles: ¡buen trabajo! Sin embargo, ¿estás pensando en "adaptar" tu planificación?
En un artículo reciente hablé sobre la diferencia entre sostenibilidad y resiliencia en techos de pendiente baja. Ambos términos suelen asociarse con atributos "positivos" del techado y a veces se consideran prácticamente iguales. Han existido, y siguen existiendo, debates en la industria sobre el medioambiente y el cambio climático; la sostenibilidad y la resiliencia a veces se asumen simplemente como respuestas "positivas" a estas problemáticas. Sin embargo, en ocasiones se emplean estas palabras sin considerar a fondo si son equivalentes, diferentes o si guardan alguna relación entre sí.
Como se explicó en el artículo, la sostenibilidad es la capacidad de:
- Proteger la salud y el bienestar humanos.
- Promover la vitalidad y prosperidad económica.
- Preservar la abundancia de recursos ambientales.
Así, el profesional que desee incorporar sostenibilidad en la selección de materiales debería preguntarse:
- ¿Son los materiales seguros para las personas y el ecosistema?
- ¿Es eficiente este diseño en el uso de energía y recursos?
- ¿Está disponible este material, o su uso hoy podría generar escasez en el futuro?
En pocas palabras, quien diseña con un enfoque en la sostenibilidad suele preguntarse si los materiales son seguros, están fácilmente disponibles y no dañan el medioambiente.
Por el contrario, la resiliencia es la capacidad de:
- Superar problemas imprevistos.
- Continuar funcionando o recuperarse rápidamente tras eventos extremos.
- Prepararse para sobrevivir a catástrofes.
Entonces, las preguntas clave para el profesional del diseño son:
- ¿Se podrá ocupar y usar la estructura tras una tormenta severa u otro evento ambiental extremo?
- ¿Podrán los ocupantes seguir funcionando sin servicios básicos?
- ¿Qué reducción en la capacidad ocupacional es aceptable tras un evento ambiental extremo?
El diseñador del edificio, preocupado por su resiliencia, busca mantener su operatividad y funcionalidad tanto como sea posible después de un evento natural dañino, como una tormenta extrema.
¿Podrían empeorar los eventos climáticos extremos en el futuro?: el caso a favor de la adaptación
La física básica señala que el dióxido de carbono absorbe energía infrarroja, es decir, calor. En otras palabras, el dióxido de carbono de la atmósfera contribuye a absorber el calor tanto del sol como el que se vuelve a emitir desde la superficie terrestre. Las mediciones recientes indican que los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera están aumentando. En conjunto, estas dos afirmaciones sugieren que las temperaturas globales están aumentando, algo que ha sido observado experimentalmente, como lo muestra el NASA GISS (Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA) a continuación:
Otra observación importante es la transformación del entorno construido. Cada vez más personas en el mundo viven en zonas urbanas, como lo muestra un gráfico de la División de Población de las Naciones Unidas:
Gestión de información espacial y los procesos rápidos de urbanización actuales: figura científica en ResearchGate.La urbanización trae consigo varias consecuencias importantes:
- El suministro de alimentos, agua y energía a grandes áreas urbanas es muy complejo, y las interrupciones pueden afectar a muchas más personas, y de forma más grave, que en zonas rurales.
- Las zonas urbanas dependen en gran medida de redes complejas de combustible, transporte y comunicación. Es más difícil mantener la resiliencia de estas redes complejas que la de sus equivalentes más simples en áreas rurales.
- El efecto "isla de calor urbana" (UHI) es un fenómeno comprobado por el cual las zonas urbanas son significativamente más cálidas que las zonas circundantes, en especial en verano.
A medida que la población mundial se urbaniza, las ciudades se vuelven más densas, lo cual intensifica el efecto UHI, como se muestra en este gráfico:
Cortesía del Instituto Cooperativo de Estudios Meteorológicos por Satélite del Centro de Ciencias Espaciales e Ingeniería (SSEC) de la Universidad de Wisconsin-Madison.
ONU-Habitat ha afirmado que "los efectos de la urbanización y el cambio climático están confluyendo de manera peligrosa".Un ejemplo de lo que esto podría implicar se muestra a continuación para la ciudad de Nueva York:
Según investigadores de la Universidad de Columbia y del Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS), si bien la ciudad de Nueva York experimentó 7 días por encima de los 90 °F en 1900, para 2080 gran parte del verano podría superar los 90 °F, con entre 17 y 50 días por encima de los 95 °F.
Si bien los eventos climáticos extremos pueden representar desafíos directos para el cerramiento del edificio, como vientos fuertes e inundaciones, también existe el desafío indirecto debido a interrupciones en el suministro eléctrico. La supertormenta Sandy, que afectó la región del noreste en el otoño de 2012, no solo causó daños significativos a los edificios, sino que también provocó una pérdida generalizada de energía en la zona urbana de Nueva York.
A su vez, los cortes de energía eléctrica conllevan a la pérdida de calefacción o aire acondicionado en los edificios, lo que puede reducir o incluso impedir el funcionamiento normal de las operaciones comerciales. Además, como se observó durante el evento de la supertormenta Sandy, los ascensores dejan de funcionar, el agua deja de fluir en edificios altos debido a la falta de funcionamiento de las bombas, y los trenes y las comunicaciones pueden verse interrumpidos por la ausencia de electricidad. En pocas palabras, las zonas urbanas son especialmente vulnerables a la pérdida del suministro eléctrico. Como se puede ver en el siguiente gráfico de la Agencia de Información Energética, las interrupciones eléctricas significativas relacionadas con el clima han ido en aumento durante muchos años, en paralelo con el incremento de eventos climáticos extremos.
Administración de Información Energética de EE. UU. [datos]: compilados por Evan Mills, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Desafíos futuros para el entorno construido
En resumen, los desafíos que podría afrontar el entorno construido en el futuro indican que:
- Los datos sugieren que los eventos climáticos extremos están aumentando. Por lo tanto, se espera que los edificios enfrenten mayores cargas de viento, mayor frecuencia de eventos de granizo intenso e inundaciones, entre otros desafíos.
- La infraestructura del entorno construido podría enfrentar un aumento en los cortes de energía, lo que resultaría en una funcionalidad significativamente reducida.
- La urbanización está en aumento, lo que pone a más partes del entorno construido en riesgo de enfrentar eventos climáticos extremos y fallas eléctricas.
Cómo adaptarse al cambio futuro
Hace aproximadamente diez años se reconoció que los techos reflectantes son una estrategia de adaptación al calentamiento global a largo plazo. Los techos reflectantes devuelven parte de la energía solar al espacio, lo que reduce el flujo de calor hacia el interior de los edificios y ayuda a mitigar el efecto de isla de calor urbana. Esta es una estrategia que no solo seguirá siendo efectiva en el futuro, sino que cobrará mayor importancia. Sin embargo, aunque los techos reflectantes ya se especifican ampliamente, aún representan solo un poco más del 50 % del mercado de proyectos de techado nuevo y de retechado cada año.
Más allá de las membranas reflectantes para techos, actualmente se están desarrollando membranas que no solo reflejan la energía solar, sino que también pueden enfriar activamente la superficie del techo. Un dato poco conocido es que los techos reflectantes irradian calor de regreso al cielo durante la noche, lo que reduce la temperatura de la superficie del techo por debajo de la temperatura del aire circundante. Sin embargo, un equipo australiano de la Universidad de Tecnología de Sídney ha demostrado que es posible reducir la temperatura de un techo significativamente por debajo de la temperatura ambiente durante el día, como se muestra en el siguiente gráfico:
A. R. Gentle y G. B. Smith, A Subambient Open Roof Surface under the Mid-Summer Sun
Se ha demostrado que los materiales experimentales del equipo irradian más calor del que absorben del sol. Aunque este trabajo aún se encuentra en fase de investigación, es un buen ejemplo de cómo la tecnología de envolventes de edificios podría adaptarse a nuevas necesidades. A medida que las islas de calor urbanas se vuelven más intensas, esta es una muestra de cómo una membrana para techos podría adaptarse para enfriar activamente.
Actualmente, ya se están comenzando a utilizar paneles aislantes al vacío como parte de la mejora del aislamiento térmico. Estos ofrecen un cambio significativo en el valor de aislamiento por pulgada (valor R por pulgada).
Crédito de la imagen: ORNL
Si bien los paneles aislantes al vacío verdaderos podrían no ser totalmente prácticos debido a problemas de manipulación, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge ya han mejorado el concepto y cuentan con prototipos que muestran potencial para soportar el entorno típico de la construcción.
Para eventos de vientos fuertes, se conocen los métodos para mejorar la resiliencia al viento: los sistemas totalmente adherentes suelen tener mayor resistencia a la succión del viento que los sistemas fijados mecánicamente. Al llevar esto a su conclusión lógica, si todas las capas están unidas con adhesivo, el sistema se convierte en una unidad monolítica, como se muestra en el siguiente esquema:
Al incluir una barrera de vapor en el sistema, se bloquea el movimiento del aire hacia el interior, lo que contrarresta aún más las fuerzas de succión. Al estar solo la capa inferior del aislamiento fijada mecánicamente, el sistema es esencialmente monolítico y las cargas se distribuyen a lo largo del conjunto.
Como se analizó anteriormente, dos de las principales lecciones tras la supertormenta Sandy fueron que tanto el suministro eléctrico como el de agua se interrumpieron por un período prolongado. La falta de electricidad afecta muchos aspectos, incluidas la calefacción y la iluminación. La falta de calefacción se puede abordar mejor al asegurar que los edificios se diseñen más allá de los códigos actuales, lo que en el futuro podría incluir el uso de paneles aislantes al vacío mencionados anteriormente. La falta de luz interior podría resolverse mediante un mayor uso de técnicas de iluminación pasiva. Estas incluyen rejillas direccionales, tubos de luz y tragaluces, como se muestra aquí, en el atrio de la oficina central global de GAF.
En cuanto al agua, ya se están utilizando sistemas de captación de agua de lluvia en algunas zonas de EE. UU., por ejemplo, en Virginia. El uso más extendido de estos sistemas y la consideración de otros métodos para capturar agua, como los sistemas de techos azules, sería una forma de adaptación ante futuros cortes de energía.
Resiliencia energética
La pérdida del suministro eléctrico de la red es un gran desafío para la infraestructura urbana. Aunque las instalaciones solares en techos de edificios comerciales e industriales están en aumento, no suministran energía al edificio en caso de una falla en la red eléctrica, a menos que cuenten con sistemas de almacenamiento. Cuando se agrega almacenamiento, estos sistemas se convierten en la base de las microrredes, que pueden operar incluso sin conexión a la red principal. Las microrredes suelen operar a nivel de vecindario, pero un solo edificio con energía solar y almacenamiento puede funcionar como una nanorred.
Conclusión
A medida que los eventos climáticos se vuelven más extremos, las soluciones actuales para mejorar la resiliencia del entorno construido podrían no ser suficientes. Además, el crecimiento de las zonas urbanas y el aumento de los cortes en la red eléctrica podrían agravar la operatividad de los edificios comerciales e industriales. Afortunadamente, ya existen formas de mejorar la resistencia y la resiliencia de los sistemas de techo, y se están identificando más oportunidades de mejora. El mayor uso de energía solar junto con almacenamiento podría garantizar una mayor resiliencia frente a problemas en la red eléctrica.
*Los nombres comerciales y de las empresas o los productos de las empresas que se mencionan en el presente tienen como fin solo describir los materiales y los productos que figuran. Bajo ningún aspecto estas referencias implican recomendaciones ni respaldo, tampoco significa que los productos particulares son los mejores disponibles para los fines mencionados.
