Desempeño térmico de prototipo de techo verde bajo condiciones de calor extremo

Contenido principal del artículo

Génesis Anahí Cuevas Acuña
Juan Pedro Ayala Moreno
Javier Esquer Peralta
Nora Elba Munguia Vega
Juana Alvarado Ibarra

Resumen

Propósito: evaluar el desempeño térmico de un techo verde en un prototipo a escala en condiciones de calor extremo en clima cálido seco.


Diseño metodológico: el estudio es de carácter experimental y se desarrolló en cinco fases: revisión del estado del arte para elegir criterios de diseño de prototipos, diseño del prototipo base y del techo verde, construcción de los prototipos, medición de variables y análisis estadístico de los resultados.


Resultados: los resultados mostraron que el techo verde reduce significativamente la temperatura de bulbo seco promedio diaria interior, 4.03°C en promedio, estando dentro de la zona de confort térmico un 42.71 % del tiempo medido, mientras que el módulo base solo tuvo un 18.75 %. Se obtuvo un factor de decremento de 0.55 en el techo verde y 1.30 en el módulo base, así como un tiempo de retardo en alcanzar la temperatura máxima en la superficie interior de la losa de 4.86 horas para el techo verde y 1.16 para el módulo base.


Limitaciones de la investigación: los resultados obtenidos describen el comportamiento del prototipo bajo el calor extremo del verano, en futuros trabajos se deberá medir el comportamiento durante las cuatro estaciones.


Hallazgos: durante el tiempo de medición el prototipo verde mantuvo temperaturas más estables y menores comparadas con el módulo base, demostrando su eficacia para reducir la transferencia de calor y mejorar el confort térmico bajo condiciones de calor extremo en clima cálido seco.

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Detalles del artículo

Cómo citar
Cuevas Acuña, G. A., Ayala Moreno, J. P., Esquer Peralta, J., Munguia Vega, N. E. ., & Alvarado Ibarra, J. (2024). Desempeño térmico de prototipo de techo verde bajo condiciones de calor extremo. Entreciencias: Diálogos En La Sociedad Del Conocimiento, 12(26), 1–19. https://doi.org/10.22201/enesl.20078064e.2024.26.89127

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Biografía del autor/a

Génesis Anahí Cuevas Acuña, Universidad de Sonora

Maestra en Sustentabilidad por parte de la Universidad de Sonora (Unison), cuenta con una especialidad en Desarrollo Sustentable. Sus principales lineas de investigación son: arquitectura bioclimática y especialidad en techos verdes.

Juan Pedro Ayala Moreno, Universidad de Sonora

Doctor por la Universidad de Sonora en el área de arquitectura, energía y medio ambiente. Actualmente es profesor-investigador en el Departamento de Ingeniería Civil y Minas de la Universidad de Sonora. Sus líneas de investigación están enfocadas en la edificación y construcción sustentable, eficiencia energética de edificios y materiales deconstrucción aislantes. Es  miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores [SNII] en nivel de candidato.

Javier Esquer Peralta, Universidad de Sonora

Doctor en Ciencias por parte de la Universidad de Massachusetts-Lowell, con una especialidad en Desarrollo Sustentable por parte de la Universidad de Sonora (Unison). Profesor de tiempo completo en el Departamento de Ingeniería Industrial y en el Programa de Posgrado en Sustentabilidad en la Unison, en Hermosillo, México. Sus áreas de investigación son: el desarrollo sustentable, prevención de la contaminación, seguridad e higiene ocupacional, producción más limpia, sistemas de gestión para la sustentabilidad, eficiencia energética, y educación para el desarrollo sustentable. Es  miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores (SNII) nivel 1.

Nora Elba Munguia Vega, Universidad de Sonora

Doctora en ciencias de la ingeniería por la Universidad deMassachusetts-Lowell en el área de producción más limpia y prevención de la contaminación. Actualmente es coordinadora de la licenciatura en sustentabilidad modalidad en línea de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Sonora. Sus líneas de investigación están enfocadas en estudios de producción más limpia, salud ocupacional, así como educación ambiental. Es  miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores (SNII) nivel 2.

Juana Alvarado Ibarra, Universidad de Sonora

Doctora en Ciencia de Materiales por la Universidad de Sonora. Actualmente es Técnico Académico en el Departamento de Polímeros y Materiales de la Universidad de Sonora. Colabora con la academia de Ingeniería Sustentable en la línea de investigación de Producción más limpia y con la academia de Nanociencias e Ingeniería Sostenible de Nanomateriales con la línea de investigación de adsorbentes de bajo costo para remover

Citas

Abdalazeem, M. E., Hassan, H., Asawa, T., y Mahmoud, H. (2024). Enhancing energy efficiency in hot climate buildings through integrated photovoltaic panels and green roofs: An experimental study. Solar Energy, 270, 1-17. 10.1016/j.solener.2024.112419

Aboelata, A. (2021). Assessment of green roof benefits on buildings’ energy-saving by cooling outdoor spaces in different urban densities in arid cities. Energy, 219, 1-22. 10.1016/energy.2020.119514

Allen, M., Abdul Halim, S., Antwi-Agyei, P., Aragón-Durand, F., Babiker, M., Bertoldi, P., Bindi, M., y Brown, S. (2018). Technical Summary: Global warming of 1.5°C. An Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emissions pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), 1-22. https://pure.iiasa.ac.at/id/eprint/15716/

Alvarado, J., Yanez, O., Zavala, A., y Velázquez, L., (2017). Módulo de prueba para cubierta ecológica en clima árido-seco. Temas de Ciencia y Tecnología, 21 (62), 61-66. https://www.utm.mx/edi_anteriores/temas62/index.html

Arellano, B., y Roca, J. (2018). Áreas verdes e Isla de Calor Urbana. International Conference Virtual City and Territory, 417-432. 10.5821/ctv.8255

Bevilacqua, P., Bruno, R., y Arcuri, N. (2020). Green roofs in a Mediterranean climate: Energy performances based on in-situ experimental data. Renewable Energy, 152, 1414-1430. 10.1016/j.renene.2020.01.085

Borràs, J.G., Lerma, C., Mas, Á., Vercher, J., y Gil, E. (2022). Contribution of green roofs to energy savings in building renovations. Energy for Sustainable Development, 71, 212-221.10.1016/j.esd.2022.09.020

Broekhuizen, I., Sandoval, S., Gao, H., Mendez-Rios, F., Leonhardt, G., Bertrand-Krajewski, J.L., y Viklander, M. (2021). Performance comparison of green roof hydrological models for full-scale field sites. Journal of Hydrology X, 12, 1-18. 10.1016/j.hydroa.2021.100093

Cai, L., Feng, X. P., Yu, J. Y., Xiang, Q. C., y Chen, R. (2019). Reduction in carbon dioxide emission and energy savings obtained by using a green roof. Aerosol and Air Quality Research, 19, 2432-2445.10.4209/aaqr.2019.09.0455

Chihab, Y., Garoum, M., y Laaroussi, N. (2022). Dynamic thermal performance of multilayer hollow clay walls filled with insulation materials: Toward energy saving in hot climates. Energy and Built Environment, 5, 70-80. 10.1016/j.enbenv.2022.08.001

Cuadrat, J.M., Serrano-Notivoli, R., Barrao, S., Saz, M.Á., y Tejedor, E. (2022). Variabilidad temporal de la isla de calor urbana de la ciudad de Zaragoza (España). Geographical Research Letters, 48, 97-110. 10.18172/cig.5022

Delgado, S. (2018). Resiliencia verde urbana en Santiago de Surco, Lima, Perú. [Archivo PDF]. https://www.urp.edu.pe/pdf/id/17291/n/01-resiliencia-verde-urbana.pdf

Dos Santos, S., Silva, J., Dos Santos, G., de Macedo, P., y Gavazza, S. (2019). Integrating conventional and green roofs for mitigating thermal discomfort and water scarcity in urban areas. Journal of Cleaner Production, 219, 639-648. 10.1016/j.jclepro.2019.01.068

Duque, I., y Montoya, J. (2021). Cambio climático y urbanización. Cuadernos de Geografía: Revista Colombiana de Geografía, 30 (2), 274-279. http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0121-215X2021000200274&script=sci_arttext

Feitosa, C.R., y Wilkinson, S.J. (2020). Small-scale experiments of seasonal heat stress attenuation through a combination of green roof and green walls. Journal of Cleaner Production, 250, 1-10. 10.1016/j.jclepro.2019.119443

García, G. (2021). Diseño e implementación de prototipos de techo verde extensivo para el mejoramiento de los parámetros del medio ambiente (Tesis de doctorado). Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil. http://eprints.uanl.mx/23815/1/1080328507.pdf

Garnica, A.R. (2020). Efecto en la temperatura para mitigar la isla de calor utilizando dos ecotecnias. Meio Ambiente (Brasil), 2 (5), 28-35. https://www.meioambientebrasil.com.br/index.php/MABRA/article/view/92

Graça, M., Cruz, S., Monteiro, A., y Neset, T. S. (2022). Designing urban green spaces for climate adaptation: A critical review of research outputs. Urban Climate, 42, 1-17. 10.1016/j.uclim.2022.101126

Green, T.L., Kronenberg, J., Andersson, E., Elmqvist, T., y Gómez-Baggethun, E. (2016). Insurance Value of Green Infrastructure in and Around Cities. Ecosystems, 19 (6), 1051-1063. 10.1007/s10021-016-9986-x

Gunawardena, K.R., Wells, M.J., y Kershaw, T. (2017). Utilizing green and blue space to mitigate urban heat island intensity. Science of the Total Environment, 584, 1040-1055.

He, Y., Yu, H., Dong, N., y Ye, H. (2016). Thermal and energy performance assessment of extensive green roof in summer: A case study of a lightweight building in Shanghai. Energy and Buildings, 127, 762-773. 10.1016/j.enbuild.2016.06.016

He, Y., Yu, H., Ozaki, A., y Dong, N. (2020). Thermal and energy performance of green roof and cool roof: A comparison study in Shanghai area. Journal of Cleaner Production, 267, 1-15.10.1016/j.jclepro.2020.122205

Jamei, E., Chau, H. W., Seyedmahmoudian, M., Mekhilef, S. S., y Sami, F. A. (2023). Green roof and energy–role of climate and design elements in hot and temperate climates. Heliyon, 9, 1-16.10.1016/j.heliyon.2023.e15917

Jiang, L., y Tang, M. (2017). Thermal analysis of extensive green roofs combined with night ventilation for space cooling. Energy and Buildings, 156, 238-249. 10.1016/j.enbuild.2017.09.080

Jim, C.Y. (2017). Green roof evolution through exemplars: Germinal prototypes to modern variants. Sustainable Cities and Society, 35, 69-82. 10.1016/j.scs.2017.08.001

Khotbehsara, E.M., Daemei, A.B., y Malekjahan, F.A. (2019). Simulation study of the eco green roof in order to reduce heat transfer in four different climatic zones. Results in Engineering, 2, 1-8.10.1016/j.rineng.2019.100010

Kontoleon, K. J., y Bikas, D. K. (2007). The effect of south wall's outdoor absorption coefficient on time lag, decrement factor and temperature variations. Energy and buildings, 39 (9), 1011-1018. 10.1016/j.enbuild.2006.11.006

Krebs, L.F., y Johansson, E. (2021). Influence of microclimate on the effect of green roofs in Southern Brazil – A study coupling outdoor and indoor thermal simulations. Energy and Buildings, 241, 1-15. 10.1016/j.enbuild.2021.110963

Kumar, V.V., Raut, N., y Akeel, N. (2021). Double skin polystyrene- aluminum radiation reflector roofs in arid environments for passive cooling - A case study in Sohar, Sultanate of Oman. Case Studies in Thermal Engineering, 28, 1-9. doi.org/10.1016/j.csite.2021.101655

La Roche, P., y Berardi, U. (2014). Comfort and energy savings with active green roofs. Energy and buildings, 82, 492-504. 10.1016/j.enbuild.2014.07.055

La Roche, P., Yeom, D.J., y Ponce, A. (2020). Passive cooling with a hybrid green roof for extreme climates. Energy and Buildings, 224, 1-13. 10.1016/j.enbuild.2020.110243

López, C.F.(2020). Planificación urbana en ciudades dispersas de clima desértico: la densificación vertical como estrategia para la mejora ambiental. El caso de Hermosillo (México) (Tesis de doctorado). Universitat Politècnica de Catalunya.

https://upcommons.upc.edu/handle/2117/334948

Ma'bdeh, S. N., Ali, H. H., y Rabab'ah, I. O. (2022). Sustainable assessment of using green roofs in hot-arid areas–Residential buildings in Jordan. Journal of Building Engineering, 45, 1-10. 10.1016/j.jobe.2021.103559

Marincic, I. (2022). Una revisión sobre la isla de calor urbana y sus particularidades en zonas desérticas de México. Vivienda y Comunidades Sustentables, 6 (12), 9-21. 10.32870/rvcs.v0i12.196

Marincic, I., Ochoa, J. M., y Río, J. A. D. (2012). Confort térmico adaptativo dependiente de la temperatura y la humedad. ACE: architecture, city and environment, 7 (20), 27-46. 10.5821/ace.v7i20.2572

Mungur, M., Poorun, Y., Juggurnath, D., Ruhomally, Y. B., Rughooputh, R., Dauhoo, M. Z., ... y Facknath, S. (2020). A numerical and experimental investigation of the effectiveness of green roofs in tropical environments: The case study of Mauritius in mid and late winter. Energy, 202, 1-17. 10.1016/j.energy.2020.117608

Novillo, N. (2018). Cambio climático y conflictos socioambientales en ciudades intermedias de América Latina y el Caribe. Letras Verdes. Revista Latinoamericana de Estudios Socioambientales, (24), 124-142. 10.17141/letrasverdes.24.2018.3323

Önder, S., y Akay, A. (2014). The Roles of Plants on Mitigating the Urban Heat Islands’ Negative Effects. International Journal of Agriculture and Economic Development, 2 (2), 42-56. https://www.academia.edu/68387555/The_Roles_of_Plants_on_Mitigating_the_Urban_Heat_Islands_Negative_Effects

Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo [PNUD], (2022). Objetivo 11: Lograr que las ciudades sean más inclusivas, seguras, resilientes y sostenibles. https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/cities.

Rodríguez, S. (2017). Diseño y evaluación de un sistema de doble cubierta ventilada para reducir la transmisión de calor al interior de la vivienda media en Puerto Vallarta, Jalisco (Tesis de Maestría). Universidad Autonóma Metropolitana. https://zaloamati.azc.uam.mx/handle/11191/5944

Sahagun, M. (2019). Análisis del comportamiento térmico de un techo verde desértico y su espesor de sustrato en el clima seco del noroeste de México. (Tesis de doctorado). Universidad Autónoma Metropolitana. https://zaloamati.azc.uam.mx/handle/11191/5883

Shen, L., Shuai, C., Jiao, L., Tan, Y., y Song, X. (2017). Dynamic sustainability performance during urbanization process between BRICS countries. Habitat International, 60, 19-33. 10.1016/j.habitatint.2016.12.004

Sheng, L.X., Mari, T.S., Mohd Ariffin, A.R., y Hussein, H. (2011). Integrated sustainable roof design. Procedia Engineering, 21, 846-852. 10.1016/j.proeng.2011.11.2086

Suárez, P., Cantón, A., y Correa, É. (2020). Efecto térmico de fachadas verdes tradicionales en envolventes de viviendas unifamiliares con orientación este. Análisis de casos en el Área Metropolitana de Mendoza. Arquitecno, 7-16. 10.30972/arq.0154375

UN-Habitat, The United Nation Human Settlements Programme (2022). World Cities Report 2022: Envisaging the Future of Cities. [Archivo PDF]. https://unhabitat.org/sites/default/files/2022/06/wcr_2022.pdf

Wang, X., Tian, Y., y Zhao, X. (2017) The influence of dual-substrate-layer extensive green roofs on rainwater runoff quantity and quality. Science of the Total Environment, 592, 465-476. 10.1016/j.scitotenv.2017.03.124.

WeatherSpark (2024) Climate and Average Weather Year Round in Hermosillo. Recuperado de: https://weatherspark.com/y/2821/Average-Weather-in-Hermosillo-Mexico-Year-Round

Yang, J., Zhao, Y., Zou, Y., Xia, D., Lou, S., Guo, T., y Zhong, Z. (2022). Improving the Thermal Comfort of an Open Space via Landscape Design: A Case Study in Hot and Humid Areas. Atmosphere, 13 (10), 1-24.10.3390/atmos13101604