En el ámbito internacional, el desarrollo y la utilización de techos reflectivos —cool roofs— ha evolucionado desde sus inicios en la década del ochenta (Taha, Akbari, Rosenfeld y Huang, 1988). En un principio, el concepto de techo reflectivo se restringió a las superficies blancas que aprovechan su propiedad intrínseca de reflejar la luz en el rango del espectro solar. En años recientes se han logrado materiales de colores que mantienen altos índices de reflectividad, puesto que la calidad estética a menudo es una prioridad en la elección del sistema de cerramiento del edificio (Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, 2012). Tejas, chapas, membranas y pinturas altamente reflectantes han sido elaboradas con pigmentos que incrementan la reflectancia en el infrarrojo cercano (Smith, Gentle, Swift, Earp y Mrong, 2003; Synnefa, Santamouris y Livada, 2006; Levinson, Akbari y Reilly, 2007).

En un estudio de seguimiento, Menon, Akbari, Mahanama, Sednev y Levinson (2010) evaluaron que cuando el albedo de los techos se incrementa en 0,25, la compensación de CO₂ potencial es cercano a 57 Gt. Por su parte, Van Curen (2012) estimó en California que cada incremento de 0,01 de â sobre las superficies urbanas equivale a 1,38 W/m² de radiación media forzada. Esto se traduce en una eliminación de 1.760.000 toneladas de emisiones de CO₂ en ese estado.

Por otra parte, en la Unidad de Investigación y Desarrollo Inahe de Conicet (Argentina), se han llevado a cabo numerosas investigaciones para identificar el potencial de mitigación de la isla de calor de los techos reflectivos, como Alchapar, Correa y Cantón (2014) y Alchapar y Correa (2016b), que caracterizaron el comportamiento termofísico de 150 materiales de la envolvente y sugirieron las combinaciones de materiales dentro de un canal vial más eficiente, con el fin de disminuir las cargas térmicas urbanas. Alchapar y Correa (2016a) demostraron que el paso del tiempo afectaba el comportamiento térmico de diecinueve tejas y pintura del techo. Los resultados evidenciaron que los revestimientos de techo evaluados tendían a aumentar la temperatura de la superficie entre 3,5 y 24 ºC.

Los techos reflectivos o fríos tienen alta reflectancia solar (â) y alta emisividad térmica (ɛ). La primera propiedad determina la capacidad de un material de reflejar la radiación solar incidente para mantener su superficie más fría con respecto a los materiales de construcción convencionales durante el día. La emisividad térmica (ɛ) permite que los materiales irradien el calor almacenado en la estructura, sobre todo durante la noche. Este comportamiento térmico hace que los techos reduzcan la transferencia térmica al entorno construido. Los techos caracterizados por bajos valores de emisividad tienden a no disipar durante la noche el calor almacenado y solo se pueden considerar frescos si tienen muy alto â (Zinzi y Agnoli, 2012).

Los techos verdes o vivos están cubiertos total o parcialmente por vegetación y un medio de cultivo sobre una membrana impermeabilizante. Se distinguen dos tipos: los ligeros —cubiertos por una fina capa de vegetación— y los intensivos —son más pesados y pueden apoyar pequeños árboles y arbustos—.

Los techos verdes presentan numerosas ventajas como el manejo de aguas pluviales, mayor durabilidad de materiales de techo, disminución de la demanda energética, mejora de la calidad del aire y del confort térmico y acústico, espacio para el desarrollo de fauna urbana y mitigación del efecto de isla de calor urbana. En las últimas décadas, el potencial de mitigación de la isla de calor de los techos verdes ha sido ampliamente validado, debido a que la incorporación de material biológico favorece el enfriamiento evaporativo de las superficies y así propicia una disminución de la temperatura superficial del techo y del aire circundante (Shishegar, 2014; Flores, Martínez, Cantón, y Correa, 2016).

Un estudio de Rosenzweig, Gaffin y Parshall (2006) informó que el “enverdecimiento o ecologización” del 50 % de los tejados de la ciudad de Nueva York reduciría la temperatura media de la superficie entre 0,1 y 0,8 °C aproximadamente. Además, Banting y otros autores (2005) encontraron que al enverdecer entre un 30 y un 100 % de los techos disponibles en Toronto, Ontario, las temperaturas medias de aire podrían reducirse entre 0,5 a 2°C.

Los techos verdes poseen los siguientes componentes mínimos:

Estructura: proporciona la superficie soporte para la instalación del techo vegetal. Suelen ser losas de hormigón armado o bien elementos prefabricados de madera y metal.

Se monitoreó una zona consolidada del AMM que presenta un crecimiento sostenido (32°54'47"S, 68°50'46"O). El sector está inserto en un área de gran potencial para la rehabilitación urbana que permite sentar las bases para un futuro crecimiento vertical debido a factores como proximidad al centro de la ciudad, localización en relación con los ejes de circulación y disponibilidad de servicios e infraestructura.

El área evaluada es de uso residencial y baja densidad; tiene una superficie de 210 x 210 m, configuración ortogonal con una altura edilicia que oscila entre uno y tres niveles y canales viales de 20 m de ancho, aspecto de ratio de H/W= 0,3. La forestación urbana cubre un 60 % de los canales viales, cuya especie dominante es de tipo Morus Alba (morera), arbórea de 15 m de alto y hoja caduca (Figura 1).

Los materiales opacos verticales son predominantemente oscuros: revestimientos pétreos, ladrillo visto y pinturas en tonalidades grises y terracota, que alcanzan rangos de â promedio de 0,2. En general, un 80 % de los techos es plano de losa de hormigón armado y membrana y un 20 % es cubierta inclinada, revestida por tejas cerámicas de color terracota. El nivel de â medio en techos es de 0,3. Se observa un uso difundido de pavimentos peatonales tipo calcáreo amarillo (31 %), rojo (21 %), negro (11 %) y cementicios de color gris (22 %), entre otros, que alcanzan un â medio de 0,4. El pavimento vehicular es de hormigón, tiene una intensidad de tránsito baja y un nivel de â medio de 0,3.

El monitoreo térmico y ambiental se llevó a cabo en la temporada de verano, en días estables sin ocurrencia de precipitaciones. Los datos utilizados para la calibración corresponden al 14 de enero, porque presentó condiciones estándar del período estival de Mendoza.

Para calibrar los datos simulados (S) con los observados (O) en el área de estudio se utilizó la siguiente instrumentación:

— Estación fija tipo HOBO H08-003-02 ubicada dentro del canal vial a 2,5 m de altura: con esta instrumentación se monitorearon las variables de temperatura aire (Ta) y humedad relativa (HR) por hora.

Figura 1 Figura 1 Vista satelital del área de estudio (izquierda) y composición formomaterial de fachadas (derecha) Fuente: Google Street View (s. f.) (32°54'47"S, 68°50'46"O)

El área de intervención fue simulada con un programa de acceso gratuito denominado ENVI-met ² . La modelación teórica de la zona se diseñó con una resolución de 3 x 3 x 3 m y número de grillas totales de 70, 70, 30 (x, y, z), puesto que la superficie del área de referencia es de 210 x 210 m. Para la definición del modelo teórico que representa el área de estudio y su calibración con los datos medidos que describen su comportamiento microclimático, es necesario definir los parámetros listados en Tabla 1.

Tabla 1 Tabla 1 Datos de configuración del simulador ENVI-met Fuente: elaboración propia

Nota: Los parámetros con *son valores por defecto de ENVI-met 3.1

La temperatura de aire del punto observado (O) en el área de estudio fue comparada con la curva calculada por el software ENVI-met (S). Para validar la curva de temperatura de aire simulada (S) se calculó el coeficiente de determinación (r²), error de polarización medio (MBE), raíz del error cuadrático medio (RMSE) y sus componentes. La precisión está definida como el grado en el que las magnitudes de S se acercan a las magnitudes relevadas en el punto O. En los resultados obtenidos se observa una correspondencia similar entre el punto S y el O (Figura 2).

Figura 2 Figura 2 Descripción morfológica edilicia y vegetal del modelo teórico con ENVI-met (izquierda). Curva de calibración del punto simulado (S) con el punto observado (O) Fuente: elaboración propia

— Reflectivo (R): se evaluaron membranas líquidas impermeables y pinturas atérmicas para techos de amplia difusión en el mercado regional con un â superior a 0,7. Los materiales mencionados fueron evaluados en Alchapar y Correa (2016b).

— H/W: 0,3 (I)*: H: 6 m de altura edilicia promedio; W: 12 m de ancho de calle y 8 m de ancho de veredas.

— Con vegetación (veg)*: 60 % de arbolado urbano dentro del canal vial.

— 1*: â pavimentos=0,3; â paredes= 0,2;

Las parámetros con (*) corresponden a las características del área de intervención.

La Tabla 2 describe las características y nomenclaturas que identifican a los 32 escenarios evaluados.

Tabla 2 Tabla 2 Características de escenarios base y propuestos, según materialidad de envolvente (â), relación de aspecto h/w y vegetación (veg) Fuente: elaboración propia

En los dieciséis escenarios que modifican su tecnología de techo, nivel de â en envolventes (fachadas-pavimentos) y porcentaje de vegetación urbana se observan los siguientes comportamientos extremos durante el período de máxima temperatura de aire (16 h) a escala peatonal (h: 2 m).

— Escenario con menor Ta: las configuraciones V3.I_veg y R3.I_veg consiguen disminuir más la temperatura de aire respecto al caso base (B0.I), es decir, los recintos urbanos con vegetación y bajo â en fachadas y alto â en pavimentos permanecen más fríos en ambas tecnologías de techo. Las diferencias de temperatura de aire (ΔTa) registrada respecto al caso base son de 2,0 K en el escenario con techo verde (V3.I_veg) y de -1,5 k en el escenario con techo reflectivo (R3.I_veg).

Las ΔTa entre la mejor y peor estrategia alcanzan 5 K (V3.I_veg frente aR4.I_sin.veg) (Figura 3 y Tabla 3)

Figura 3 Figura 3 Temperatura máxima de aire (Ta) en grados Kelvin (K) según escenarios H/W: 0,30 propuestos a 2 m de altura (escala peatonal) Fuente: elaboración propia

Tabla 3 Tabla 3 Temperatura de aire (Ta) y temperatura media radiante (Tmr) en grados Kelvin (K), según escenarios base y alternativas propuestas Fuente: elaboración propia

En color azul se indican aquellos escenarios que registran menor temperatura que el caso base.

En términos generales, para tramas urbanas bajas, abiertas y vegetadas, el beneficio de los techos verdes sobre la disminución de la temperatura del aire mejora cuando se aumenta la reflectancia de las superficies que conforman el canal vial y es óptima cuando se mantiene bajo el albedo de la superficie vertical y alto el albedo de la superficie horizontal. La situación inversa a la descrita anula sus beneficios respecto al parámetro analizado.

Con la condición actual de la trama de la ciudad (canales urbanos vegetados y bajo albedo en las superficies de los canales viales), el uso de techos reflectivos resulta levemente más benéficos que los techos verdes —disminución de temperaturas de 0,8 frente a 0,6 K— (Tabla 3). Ello es interesante, si se considera además la diferencia evidente entre la complejidad de colocación, el mantenimiento y el costo entre ambas tecnologías, sin dejar considerar que los techos verdes aportan beneficios para el ambiente urbano que no tienen estricta vinculación con la temperatura de la ciudad.

Respecto a las tramas urbanas que estamos analizando sin vegetación, articular el uso de ambas tecnologías con albedo combinado (alto en superficies horizontales y bajo en verticales) ofrece una alternativa, ya que empeora levemente la condición del caso base (60 % de vegetación). La temperatura se incrementa solo 0,2 K con el uso de techos reflectivos R1.I_veg y 0,7 K con el uso de techos verdes V1.I_veg. Esta configuración es interesante para controlar el comportamiento térmico de tramas de reciente edificación.

En los dieciséis escenarios con H/W= 1,5 se observaron los siguientes comportamientos extremos durante el período de máxima temperatura de aire (16 h) a escala peatonal (h: 2 m).

— Escenario con menor Ta: la estrategia que favorece en mayor medida la disminución de la temperatura de aire es el escenario con techo verde, bajo â en fachadas y alto â en pavimentos y vegetación urbana —V3.II_veg— que registra disminuciones de temperatura de 2 K respecto al caso base B0.II. Luego, el escenario con techo reflectivo, bajo â en fachadas y alto â en pavimentos y vegetación urbana —R3.II_veg— registra disminuciones de 1,6 K. Lo siguen los escenarios V1.II_veg y R2.II_veg que disminuyen la temperatura en 0,6 y 0,7 K respectivamente. En el resto de las alternativas —con excepción de los escenarios sin vegetación V3.II_sin.veg y R3.II_sin.veg que prácticamente no modifican su temperatura respecto al caso base— los escenarios restantes (con y sin vegetación) elevan más su Ta que el caso base B0.II.

Al comparar los casos extremos se observa una ΔTa= 5,5 K (V3.II_veg frente a R4.II_sin.veg) (Figura 4 y Tabla 3).

Esto quiere decir que en los escenarios con aspecto de ratio 1,5 —tramas urbanas de alta densidad con canales viales profundos y vegetados— el beneficio de los techos verdes sobre la disminución de la temperatura del aire solo se verifica si se aplica a situaciones que presentan bajo albedo en fachada y alto albedo en pavimentos o bajo albedo en ambas superficies, a diferencia de las tramas abiertas de baja densidad. Para situaciones de alta densidad sin vegetación, el efecto positivo solo se verifica para tramas que presentan bajo albedo en fachadas y alto en pavimentos. La situación inversa a la descrita anula sus beneficios respecto al parámetro analizado.

Con la condición actual de la trama de la ciudad (canales urbanos vegetados y bajo albedo en las superficies de los canales viales), el uso de techos reflectivos muestra un impacto semejante al de los techos verdes —disminución de temperaturas de 0,6 frente a 0,7 K— (Tabla 3). Semejante a lo que ocurre en tramas abiertas, vegetadas de baja densidad.

Respecto a las tramas urbanas que estamos analizando sin vegetación, articular el uso de ambas tecnologías con albedo combinado (alto en superficies horizontales y bajo en verticales) ofrece una alternativa, ya que mejora levemente la condición del caso base (60 % de vegetación). La temperatura disminuye 0,3 K con el uso de techos verdes y se mantiene igual con el uso de techos reflectivos. Esta configuración es interesante para controlar el comportamiento térmico de tramas de alta densidad y reciente edificación.

Figura 4 Figura 4 Temperatura máxima de aire (Ta) en grados Kelvin (K) según escenarios H/W: 1,5 propuestos a 2 m de altura (escala peatonal) Fuente: elaboración propia

— Escenario con menor Ta: los registros detallados en la Tabla 3 evidencian que la Tmr se incrementa cuando las superficies de la envolvente tienen â alto y se disminuyen cuando la reflectancia solar baja, es decir, tanto en aspectos de ratios 0,3 como en 1,5, los recintos urbanos que consiguen menor Tmr tienen â bajo en pavimentos y fachadas.

Los escenarios más eficientes son aquellos con H/W= 0,3 y â bajo en envolventes: techo reflectivo —R1.I_veg=340,7 K— y techo verde —V1.I_veg=342,5 K—. En tercer lugar, el escenario con tecnología de techo verde, H/W=1,5 y bajo â en fachadas y alto â en pavimentos —V3.II_veg — registra una Tmr de 347,1 K. En ambas tramas evaluadas los casos más eficientes nunca incrementan sus Tmr por encima de los 7,6 K respecto a los casos base, lo que implica un bajo impacto sobre este parámetro en contraste con el beneficio que ofrece sobre las temperaturas del aire.

Cabe señalar que en todos los escenarios la presencia de vegetación atenúa considerablemente las medias radiantes, pero la tendencia es la misma en aquellos escenarios sin vegetación, es decir, si un escenario es más eficiente con una combinación de variables determinadas, continúa siéndolo con la ausencia de vegetación, pero con niveles de Tmr mayores (Tabla 3).

Con el objetivo de establecer que la tecnología de techo favorece la habitabilidad de los espacios urbanos, las Figuras 5 y 6 comparan los perfiles de temperatura media radiante de escenarios con techos reflectivos y techos verdes con la misma configuración morfológica y material. Para determinar el comportamiento óptimo de cada escenario se calculó la diferencia entre ambas tecnologías ΔTmr a la altura peatonal.

— Escenarios con aspecto de ratio H/W=0,3: se evidenció que los escenarios con techo verde registra menor Tmr que los reflectivos en cuatro de los ocho casos analizados. Las alternativas con mayores posibilidades de reducir la Tmr son aquellas con techo reflectivo y â bajo en pavimentos y fachada con presencia o ausencia de vegetación urbana, es decir, el escenario R1.I es 1,8 K (veg) y 3,6 K (sin.veg) más frío en términos de Tmr que aquellos escenarios con techo verde (V1.I) e igual configuración morfológica y material. Las alternativas con techo verde que tienen menor Tmr presentan alto â en pavimentos —V2.I; V3.I_veg y V3.I_sin.veg—. Tales escenarios con techo verde tienen menor Tmr que los reflectivos (ΔTmr oscilan entre 0,1 y 0,3). Los escenarios con alto â en fachadas y bajo en pavimentos registran idéntico comportamiento en su Tmr (Figura 5 y Tabla 3).

Figura 5

La flecha roja indica la diferencia de temperatura media radiante (ΔTmr) entre tecnologías de techos a una altura peatonal (2 m).