Optimización morfológica de cañones urbanos con diseño evolutivo para mitigar la isla urbana de calor
DOI:
https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i13.224Palabras clave:
algoritmos evolutivos, sobrecalentamiento urbano, isla de calor urbana, cañón urbano, Estrategias de mitigaciónResumen
En el presente estudio se analiza a nivel microescala y bajo un enfoque cuantitativo, la optimización morfológica de un cañón urbano a razón de su relación geométrica de aspecto como es- trategia de mitigación de la isla de calor urbano, esto a través de técnicas algorítmicas de diseño evolutivo. En las etapas iniciales del estudio se recurrió al uso de información climática interpo- lada, lo que permitió modelar un an?o meteorológico típico para un microclima templado seco. Los resultados obtenidos muestran un potencial significativo de obstrucción al acceso solar debido a una mayor relación de aspecto (h/w>2) como resultado de la densificación vertical, lo que promovió la disminución del índice universal de confort térmico (UTCI) de hasta 2° C: de 35° C a 33° C al centro del cañón debido al aumento en la proyección de sombras por edificios ma?s altos; asimismo, la cantidad total de radiacio?n solar que llega al centro geome?trico de la superficie del cañón se reduce de 6.39 a 4 kWh/m2 lo que representa una disminucio?n de 2.3 kWh/m2 y las horas de luz solar disponibles disminuyeron de 11 h 00 a 7 h 00 lo que representa hasta cuatro horas menos de luz solar directa al centro del cañón, proporcionando entornos urbanos térmicamente más frescos. Sin embargo, es importante mencionar que se deben realizar estudios a lo largo de un año que permitan analizar el efecto de una relación de aspecto mayor sobre la temperatura en la superficie del suelo durante los días fríos de la ciudad, así como llevar a cabo análisis de mecánica de fluidos en los diferentes escenarios de composición morfológica, dado que se espera que los edificios con mayor altura afecten los patrones de viento en el área.Métricas
Citas
Abdollahzadeh, N., y Biloria, N. (2021). Outdoor thermal comfort: Analyzing the impact of urban configurations on the thermal performance of street canyons in the humid subtropical climate of Sydney. Frontiers of Architectural Re- search, 10(2): 394-409. https://doi.org/10.1016/j. foar.2020.11.006
Barrera, C. (2010). Algoritmos genéticos como estrate- gia de diseño en arquitectura (p. 258). http://li- brary1.nida.ac.th/termpaper6/sd/2554/19755.pdf
Battista, G., de Lieto Vollaro, R., y Zinzi, M. (2019). Assessment of urban overheating mitigation strategies in a square in Rome, Italy. Solar Energy, núm. 180, enero, pp. 608-621. https://doi. org/10.1016/j.solener.2019.01.074
Berdahl, P., Chen, S. S., Destaillats, H., Kirchstetter, T. W., Levinson, R. M., y Zalich, M. A. (2016). Fluorescent cooling of objects exposed to sunlight: The ruby example. Solar Energy Materials and Solar Cells, núm. 157, pp. 312-317. https://doi. org/10.1016/j.solmat.2016.05.058
Chen, L., Ng, E., An, X., Ren, C., Lee, M., Wang, U., y He, Z. (2012). Sky view factor analysis of street canyons and its implications for daytime in-tra-urban air temperature differentials in high- rise, high-density urban areas of Hong Kong: A GIS-based simulation approach. International Journal of Climatology, 32(1): 121-136. https://doi.org/10.1002/joc.2243
Davis, D. (2013, febrero). Modelled on Software Engineering: Flexible Parametric Models in the Prac- tice of Architecture. https://ap-st01.ext.exlibris- group.com/61rmit_inst/storage/alma/c8/88/54/e6/31/f8/fd/a8/2f/59/9a/e5/3a/c3/a9/9c/davis. pdf ?expires=1626069818&signature=krvucq- jikvw63lst-5hcpzvgmluut4en5~83o~knnhgs3p- 8cpi5akr~uwnxka~5b5l3~z0arb3dc~qea2ylky3g- fu4fblwkdjuomafpw-
Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S., y Meyarivan, T. (2002). A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transactions on Evolu- tionary Computation, 6(2): 182-197. https://doi. org/10.1109/4235.996017
Deng, J. Y., y Wong, N. H. (2020). Impact of urban canyon geometries on outdoor thermal comfort in central business districts. Sustainable Cities and Society, núm. 53, pp. 101-966. https://doi. org/10.1016/j.scs.2019.101966
Emmanuel, R., y Krüger, E. (2012). Urban heat is- land and its impact on climate change resilience in a shrinking city: The case of Glasgow, uk. Building and Environment, núm. 53, pp. 137-149. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.01.020
Fink, T., Koenig, R., y Weimar, U. (2018). Integrated Parametric Urban Design in Grasshopper / Rhi- noceros 3D Demonstrated on a Master Plan in Vienna, núm. 3, pp. 313-322.
Fiorito, F., Cannavale, A., y Santamouris, M. (2020). Development, testing and evaluation of energy savings potentials of photovoltachromic windows in office buildings. A perspective study for Australian climates. Solar Energy, núm. 205, febrero, pp. 358-371. https://doi.org/10.1016/j.so- lener.2020.05.080
García, E. (2004). Modificaciones al sistema de clasificacion climatica de Köppen (5a edición). Méxi- co: Universidad Nacional Autónoma de México.
Garshasbi, S., y Santamouris, M. (2019). Using ad- vanced thermochromic technologies in the built environment: Recent development and potential to decrease the energy consumption and fight urban overheating. Solar Energy Materials and Solar Cells, núm. 191, octubre, pp. 21-32. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.10.023
INEGI. (2001). Sistema de informacion geografica del estado de Baja California, vol. I. México:INEGI.
IPCC. (2013). Cambio climático. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Re- port of the Intergovernmental Panel on Climate Change. https://www.ipcc.ch/site/assets/up- loads/2018/03/wg1ar5_summaryvolume_fi- nal_spanish.pdf
Karssenberg, Laven, J., Glaser, M., y Van’t Hoff, M. (2018). The city at eye level. (M. G. y M. van ‘t H. Hans Karssenberg, Jeroen Laven; Ebu- ron). https://thecityateyelevel.files.wordpress. com/2016/02/ebook_the-city-at-eye-level_english.pdf
Luke, S. (2015). Essentials of metaheuristics. Morrisville, 2(3). https://doi.org/10.1007/s10710-011- 9139-0
Lutyens, D. (2019). Mitigar el calentamiento urbano. http://www.rocagallery.com/es/mitigating-ur- ban-heat-islands?fbclid=iwar0k8gwnffzkabock- iwswlkvaulubtjivqvn8aanikstyh_kqcd5y-yfyf4
Makki, M., Showkatbakhsh, M., Tabony, A., y Wein- stock, M. (2019). Evolutionary algorithms for generating urban morphology: Variations and multiple objectives. International Journal of Architectural Computing, 17(1): 5-35. https://doi. org /10.1177/1478077118777236
Manni, M., Bonamente, E., Lobaccaro, G., Goia, F., Nicolini, A., Bozonnet, E., y Rossi, F. (2020). Development and validation of a Monte Carlo-based numerical model for solar analyses in urban canyon configurations. Building and Environment, núm. 170, noviembre, pp. 106-638. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106638
Manni, M., Lobaccaro, G., Goia, F., Nicolini, A., y Rossi, F. (2019). Exploiting selective angular properties of retro-reflective coatings to miti- gate solar irradiation within the urban canyon. Solar Energy, núm. 189, abril, pp. 74-85. https:// doi.org/10.1016/j.solener.2019.07.045
Navarro-Mateu, D., Makki, M., y Cocho-Bermejo, A. (2018). Urban-tissue optimization through evolutionary computation. Mathematics, 6(10). https://doi.org/10.3390/math6100189
Ng, E., y Cheng, V. (2012). Urban human thermal comfort in hot and humid Hong Kong. Energy and Buildings, núm. 55, pp. 51-65. https://doi. org/10.1016/j.enbuild.2011.09.025
Oke, T. R. (1987). Boundary layer climates. (2a edición).
——. (1988). Street Design and Urban Canopy Layer Climate, núm. 11, pp. 103-113.
Park, C. Y., Yoon, E. J., Lee, D. K., y Thorne, J. H. (2020). Integrating four radiant heat load mit- igation strategies is an efficient intervention to improve human health in urban environ- ments. Science of the Total Environment, núm. 698, pp. 134-259. https://doi.org/10.1016/j.scito- tenv.2019.134259
POEBC. (2014). Programa de Ordenamiento Ecologico del Estado de Baja California. Consejo Estatal de Proteccion al Ambiente del Estado de Baja California, núm. 34, pp. 1-434. http://www. spabc.gob.mx/wp-content/uploads/2018/04/ documento-completo-poebc-2014.pdf
Sakar, B. (2018). Parametric Modelling for the Miti- gation of Urban Heat, agosto.
Santamouris, M. (2015). Analyzing the heat island magnitude and characteristics in one hundred Asian and Australian cities and regions. Science of the Total Environment, núm. 512-513, pp. 582-598. https://doi.org/10.1016/j.scito- tenv.2015.01.060
Santamouris, M., Ding, L., Fiorito, F., Oldfield, P., Osmond, P., Paolini, R., Prasad, D., y Synnefa, A. (2017). Passive and active cooling for the out- door built environment: Analysis and assessment of the cooling potential of mitigation technologies using performance data from 220 large scale projects. Solar Energy, núm. 154, pp. 14-33. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.12.006
Santamouris, M., y Fiorito, F. (2021). On the impact of modified urban albedo on ambient tem- perature and heat related mortality. Solar En- ergy, núm. 216, enero, pp. 493-507. https://doi. org/10.1016/j.solener.2021.01.031
Santamouris, M., y Yun, G. Y. (2020). Recent de- velopment and research priorities on cool and super cool materials to mitigate urban heat is- land. Renewable Energy, núm. 161, pp. 792-807. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.109
Semadet, J. (2006). Cambio climático. Adv. Mater., núm. 4, p. 116. https://semadet.jalisco.gob.mx/ sites/semadet.jalisco.gob.mx/files/cambio_climatico.pdf
Showkatbakhsh, M., y Makki, M. (2020). Application of homeostatic principles within evolutionary design processes: Adaptive urban tissues. Journal of Computational Design and Engineering, 7(1): 1-17. https://doi.org/10.1093/jcde/qwaa002
Shukla, A. K., Sudhakar, K., y Baredar, P. (2017). Recent advancement in bipv product technol- ogies: A review. Energy and Buildings, núm. 140, pp. 188-195. https://doi.org/10.1016/j.en- build.2017.02.015
Suyoto, W., Indraprastha, A., y Purbo, H. W. (2015). Parametric Approach as a Tool for Deci- sion-making in Planning and Design Process. Case study: Office Tower in Kebayoran Lama. Procedia - Social and Behavioral Sciences, núm. 184, agosto, pp. 328-337. https://doi.org/10.1016/j. sbspro.2015.05.098
Tsoka,S.,Tsikaloudaki,K.,yTheodosiou,T.(2020). Investigation Methods and Mitigation.
Vardoulakis, S., Fisher, B. E. A., Pericleous, K., Var- doulakis, S., Fisher, B. E. A., Pericleous, K., y Modelling, N. G. (2014). Modelling air quality in street canyons: A review.
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2023 Vivienda y Comunidades Sustentables
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
De acuerdo con la legislación de derechos de autor, Vivienda y Comunidades Sustentables reconoce y respeta el derecho moral de los autores, así como la titularidad del derecho patrimonial, el cual será cedido a la Universidad de Guadalajara para su difusión en acceso abierto. Vivienda y Comunidades Sustentables no realiza cargos a los autores por enviar y procesar artículos para su publicación.
Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en Vivienda y Comunidades Sustentables (por ejemplo incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en Vivienda y Comunidades Sustentables.