Design guidelines to reduce urban temperatures in regions with high solar productivity: Morphological and materials parameters

El estudio aquí expuesto examinó el potencial de las características del perfil urbano -morfología y materialidad- para disminuir las temperaturas urbanas. El objetivo consistió en identificar pautas de diseño y rehabilitación urbana, que permitan densificar áreas residenciales de la ciudad de Mendoza, Argentina. Para ello fueron simulados 32 escenarios con el programa ENVI-met 3.1, en los cuales se combinó distintos niveles de reflectancia solar (albedo) de los materiales que conforman las envolventes, diversas morfologías de perfil urbano, y presencia y ausencia de forestación dentro del canal vial, variando su orientación E-O y N-S. A partir de los resultados obtenidos por las simulaciones, se infiere que aquellos canales viales que presentan un comportamiento térmico más eficiente, están vegetados, y, morfológicamente, su perfil urbano es continuo sobre la línea municipal. En cuanto a la materialidad de sus envolventes, presentan niveles de albedo altos (0.7) en techos y pavimentos, y niveles de albedo bajo (0.3) en fachadas.This study examined the numerical modeling performance of morphological and materials alternatives for reducing urban temperatures. The aim was to identify design and urban regeneration guidelines that enable the densification of residential areas in the city of Mendoza, Argentina. To this end, using ENVI-met 3.1 software 32, scenarios were simulated that combined: different levels of solar reflectance (albedo) of building envelope materials, different urban profile morphologies, the presence or absence of forestation in urban canyons, and E-W/N-S variation in orientation. From the simulation results it can be inferred that there is more efficient thermal performance in the vegetated scenarios that morphologically have a continuous urban profile above the municipal building line. Regarding envelope materiality, there are high albedo levels (0.7) on roofs and pavements, and low albedo levels (0.3) on façades.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; Argentin

Mathematical models to assessment the energy performance of textured cladding for facades

The temperature increase of a city in relation to its peripheral areas leads to the formation of an Urban Heat Island. Working on the opto-thermal properties of the building envelope is a viable mitigation strategy to reduce the temperatures of a city. Having quantitative data on energy performance allows the development of precise evaluations and the selection of the most efficient data in relation to energy consumption. The degree of efficiency of a material is calculated with an indicator called Solar Reflectance Index (SRI). Since opto-thermal properties change over time, the standard recommends obtaining the SRI level of both new and three-year-aged material (SRI3). In the present work, 80 facade claddings were evaluated to: (a) determine which qualitative variables significantly influence the SRI3 of the claddings; (b) obtain an equation that calculates the SRI3 without the need to monitor the large number of variables used for its calculation. For this, the following statistical methods were used: Multifactorial ANOVA and linear regression model. In this correlational analysis, color, composition and texture were selected as independent variables. The research showed that color is the variable that significantly influences SRI3 in all the evaluated claddings. By means of the equation obtained with the regression model, the SRI3 index was predicted reaching 95% IC. These results significantly save time and simplify the process of obtaining data since it is not necessary to monitor numerous input variables to calculate the indicator.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Regional de Investigaciones Cientifícas y Tecnológicas; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Regional de Investigaciones Cientifícas y Tecnológicas; Argentin

Reflective skin as passive strategy of urban cooling: Facade paints classification according economic cost - thermal benefit

Una estrategia de mitigación de las islas de calor urbanas que resulta efectiva y de bajo costo es la aplicación de pinturas reflectivas sobre las superficies de la envolvente edilicia. Este estudio clasifica el comportamiento térmico de dieciséis ejemplos de pinturas. El objetivo es seleccionar la opción adecuada para reducir el consumo anual de energía asociado a las cargas de enfriamiento en relación a los costos de inversión inicial que cada alternativa conlleva. Los resultados muestran que el costo económico no es un indicador proporcional al potencial de disminución de la carga térmica que presenta la pintura.Reflective skin as passive strategy of urban cooling. Facade paints classification according economic cost - thermal benefit A mitigation strategy of urban heat island that is effective and low cost is the application of reflective paints on the surfaces of the building envelope. This study classifies the thermal behavior of 16 samples of facade paints. The aim is to select the appropriate option to reduce annual energy consumption associated with cooling loads in relation to initial investment costs that each alternative entails. The results show that the economic cost is not an indicator of potential decrease proportional to the thermal load of the paint presents.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: Canton, Maria Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; Argentin

Solar reflectance index of pedestrian pavements and their response to aging

Due to the impact of the optical characteristics of the materials composing the urban envelopes on the energy balance of cities, their categorization according to their ability to decrease urban temperatures is an indispensable tool for sustainable development. This work presents the evaluation results of the thermal performance of the different pedestrian pavements available in the region, so as to classify them according to the Solar Reflectance Index (SRI). The study was carried out during a 2-year period, involving the analysis of the behaviour of 28 pavements in widely used compositions, shapes and colours. Additionally, the aging effect of the material was quantified over the SRI. The results show that 74% of pavements diminished their initial ability for decreasing temperatures, while 50% of the dark material, with initial negative performances, improved their thermal behavior.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; ArgentinaFil: Canton, Maria Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mendoza. Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales; Argentin

Pautas de diseño para disminuir las temperaturas urbanas en regiones con alta productividad solar. Parámetros morfológicos y materiales

El estudio aquí expuesto examinó el potencial de las características del perfil urbano -morfología y materialidad- para disminuir las temperaturas urbanas. El objetivo consistió en identificar pautas de diseño y rehabilitación urbana, que permitan densificar áreas residenciales de la ciudad de Mendoza, Argentina. Para ello fueron simulados 32 escenarios con el programa ENVI-met 3.1, en los cuales se combinó distintos niveles de reflectancia solar (albedo) de los materiales que conforman las envolventes, diversas morfologías de perfil urbano, y presencia y ausencia de forestación dentro del canal vial, variando su orientación E-O y N-S. A partir de los resultados obtenidos por las simulaciones, se infiere que aquellos canales viales que presentan un comportamiento térmico más eficiente, están vegetados, y, morfológicamente, su perfil urbano es continuo sobre la línea municipal. En cuanto a la materialidad de sus envolventes, presentan niveles de albedo altos (0.7) en techos y pavimentos, y niveles de albedo bajo (0.3) en fachadas. This study examined the numerical modeling performance of morphological and materials alternatives for reducing urban temperatures. The aim was to identify design and urban regeneration guidelines that enable the densification of residential areas in the city of Mendoza, Argentina. To this end, using ENVI-met 3.1 software 32, scenarios were simulated that combined: different levels of solar reflectance (albedo) of building envelope materials, different urban profile morphologies, the presence or absence of forestation in urban canyons, and E-W/N-S variation in orientation. From the simulation results it can be inferred that there is more efficient thermal performance in the vegetated scenarios that morphologically have a continuous urban profile above the municipal building line. Regarding envelope materiality, there are high albedo levels (0.7) on roofs and pavements, and low albedo levels (0.3) on façades.&nbsp

Índice de reflectancia solar de revestimientos verticales: potencial para la mitigación de la isla de calor urbana

La condición artificial del medio urbano modifica el consumo de energía y el confort térmico. El incremento de las temperaturas de una ciudad en relación a las áreas periféricas conduce a la formación de una Isla de Calor Urbana. Es por ello, que trabajar sobre las propiedades termo-físicas de los materiales (techos, pavimentos y fachadas) es una estrategia de mitigación viable para disminuir las temperaturas de una ciudad. El objetivo principal de éste trabajo es estudiar la capacidad de 80 revestimientos para fachadas disponibles regionalmente para mitigar los efectos negativos de la Isla de Calor Urbana, mediante la determinación del Índice de Reflectancia Solar (SRI). El material que posee el comportamiento más eficiente es el Acrílico Rulato Travertino fino marfil (SRI = 100%, Temp. Sup.= 35 ºC), mientras el más ineficiente es el Acrílico Llaneado fino gris plomo (SRI = 29%, Temp. Sup.= 74 ºC). No obstante existen alternativas intermedias que resultan del efecto combinado de la composición del material, su color y textura. Esta situación demuestra que es posible mitigar el efecto de isla de calor a partir de una adecuada selección de revestimientos verticales

Urban morpho-material parameters in cities and their correlation with summer air temperatures

Con el objetivo de determinar y comparar la eficiencia de diversas estrategias de enfriamiento urbano en dos ciudades Latinoamericanas (Mendoza, Argentina y Campinas, Brasil) fueron analizados 18 escenarios que modifican su porcentaje de vegetación y nivel de albedo en materiales opacos de la envolvente urbana. Los escenarios fueron simulados con un modelo de alta resolución microclimática - ENVI-met 3.1. Mediante el Análisis de Componentes Principales se evaluaron las posibles asociaciones entre variables. Como resultado se observó que el porcentaje de vegetación y el albedo medio de las superficies opacas urbanas explica el 71,5 % de los comportamientos dentro de los canales viales evaluados en ambas ciudades. El incremento de vegetación podría disminuir la temperatura media en Mendoza hasta 2,0 °C, mientras que en Campinas hasta 5,0 °C. Aumentar el nivel de albedo en la envolvente urbana eleva hasta 1,0 °C las temperaturas de aire en escenarios de alta densidad de Mendoza y Campinas. No obstante, en el caso de los escenarios con alto albedo en superficies horizontales y bajo albedo en verticales, se registraron reducciones de 2,0 °C en la ciudad de Mendoza y de 3,0 °C en Campinas.In order to determine and compare the efficiency of different urban cooling strategies in two Latin American cities (Mendoza, Argentina and Campinas, Brazil), 18 scenarios that modified their percentage of vegetation and albedo level in urban envelopment materials were analysed. The scenarios were simulated using a high-resolution microclimatic model -ENVI-met 3.1. The possible associations between variables were evaluated through Principal Components Analysis. The result showed that the percentage of vegetation and the average albedo of the urban opaque surfaces explain 71.5 % of the behaviours within the urban canyons in both cities. The increase in vegetation could decrease the average temperature in Mendoza by up to 2.0 °C, while in Campinas by up to 5.0 °C. Increasing the albedo level in the urban envelopment raises the air temperatures in high-density scenarios of Mendoza and Campinas by up to 1.0 °C. However, in the case of high albedo scenarios in horizontal surfaces and low albedo in verticals, there were reductions of 2.0 °C in the city of Mendoza and 3.0 °C in CampinasFil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; Argentin

Tubos reflexivos ou verdes? Influência no microclima em cidades de zonas aridanas : Mendoza, Argentina

El sellamiento intensivo de las superficies de la ciudad provocado por el crecimiento de las urbes modifica, entre otros factores, el balance térmico de los espacios urbanos y, en consecuencia, la temperatura del aire circundante y de las superficies de la envolvente urbano-edilicia. Para analizar los beneficios ambientales derivados de la implementación de tecnologías reflectivas y verdes aplicadas a las superficies de techos, se contrastó el comportamiento de la temperatura del aire y temperatura media radiante en tramas que incorporan techos reflectivos (R) y verdes (V). Mediante simulación, se evaluaron 32 escenarios que modifican su configuración morfológica y material con respecto a un caso base. La incorporación de tecnologías de techo reflectivas y verdes mejoran la habitabilidad de los espacios exteriores. Los escenarios con techo reflectivo disminuyen la temperatura de aire urbana hasta 1,6 K y los escenarios con techo verde hasta 2,1 K.Urban growth causes the intensive sealing of the surfaces of the city. This fact modifies the thermal balance of urban spaces and consequently the temperature of the surrounding air and the surfaces of the urban / building envelope, among other factors. In order to analyze the environmental benefits of reflective and green technologies applied to roof surfaces, the mitigation potential of reflective (R) and green (V) roofs in 32 scenarios was contrasted. The scenarios modify their morphological and material configuration with respect to a base case. The incorporation of reflective and green roof technologies improves the habitability of outdoor spaces. The scenarios with reflective roof decrease the urban air temperature to 1,6 K and the scenarios with green roof up to 2,1 K.A intensa impermeabilização das superfícies urbanas causada pelo crescimento das cidades modifica, entre outros fatores, o equilíbrio térmico dos espaços urbanos e, consequentemente, a temperatura do ar do entorno imediato, e a temperatura das superfícies urbanas, e do envelope das edificações. Para analisar os benefícios ambientais derivados da implementação de tecnologias reflexivas e ecológicas aplicadas às superfícies dos telhados, foi comparado o comportamento da temperatura do ar e da temperatura radiante média em malhas urbanas que incorporam telhados reflexivos (R) e verdes (V). Foram analisados, através da simulação computacional, 32 cenários com diferentes configurações morfológicas e de materiais em relação a um caso base. A incorporação de tecnologias de telhado reflexivo e verde melhoram a habitabilidade de espaços exteriores. Os cenários com telhado reflexivo diminuem a temperatura do ar urbana no nível do pedestre até 1,6 K, e os cenários com cobertura verde até 2,1 K.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Canton, Maria Alicia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; Argentin

Energy-efficient urban buildings. Thermo-physical characteristics of traditional and recycled roofing technologies

En Latinoamérica, la afluencia de nuevos materiales en la industria de la construcción ha aumentado en la última década. Sin embargo, la información de sus propiedades ópticas es muy limitada. El objetivo general de este trabajo es categorizar los distintos materiales de cubiertas de techo de acuerdo a su habilidad para disminuir las temperaturas urbanas, mediante el cálculo del Índice de Reflectancia Solar (SRI) de acuerdo a la norma ASTM E1980-11. Se clasificaron 31 tipos de materiales de techos de tecnología tradicional de mayor frecuencia de uso en el mercado nacional, en contraste con el comportamiento de 1 teja con tecnología reciclada, compuesta por residuos de caucho. Los materiales de techo fueron clasificados según características morfo-materiales -composición, color, forma, terminación-. El material que posee el comportamiento más eficiente es la membrana líquida poliuretánica blanca-M11- (SRI = 100%) y el más ineficiente es la membrana asfáltica geotextil verde -M07- (SRI = 28%). Mientras que la teja de tecnología reciclada, francesa negra-T17- alcanzó un SRI=51%. Dadas las características intrínsecas del material reciclado, las tejas presentan amplias posibilidades de mejorar su comportamiento opto-térmico mediante la incorporación de materiales reflectivos a su composición.In Latin America, the number of new materials in the construction industry has increased in the past decade. However, the information regarding their optical properties remains quite limited. The general objective of this paper is to categorize different roofing materials, according to their capacity to reduce urban temperatures by calculating the Solar Reflectance Index (SRI), in accordance with the standard ASTM E1980-11. The classification considered 31 types of roof materials of the most frequently used traditional technology in the domestic market, compared with the behavior of one tile made with rubber recycling technology. The roofing materials were classified according to morpho-material characteristics – composition, color, shape, finish. The material with the most efficient behavior is the white polyurethane liquid membrane M11 (SRI=100%) and the most inefficient is the green geotextile asphalt membrane M07 (SRI=28%), while the tile with recycled technology, black French T17, reached and SRI of 51%. Given the intrinsic characteristics of the recycled material, the tiles have great possibilities of enhancing their optothermal behavior by incorporating reflective materials in its composition.Fil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Sánchez Amono, M. Paz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro Experimental de la Vivienda Económica; ArgentinaFil: Correa Cantaloube, Erica Norma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Gaggino, Rosana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro Experimental de la Vivienda Económica; ArgentinaFil: Positieri, María Josefina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba. Departamento de Ingeniería Civil. Centro de Investigación, Desarrollo y Transferencia de Materiales y Calidad; Argentin

Development of a simpliifed method for the quantification of visible reflectance

El presente trabajo tiene como objetivo avanzar en la adaptación y desarrollo de metodologías para la caracterización de la reflectancia visible de materiales con distintos grados de permeabilidad a la luz –cortinas roller screencon instrumental de mediano y bajo costo, y evaluar su grado de ajuste respecto a la metodología propuesta por estándares a nivel internacional. El trabajo se estructura en cuatro etapas: 1) determinación de la reflectancia espectral en espectrorradiómetro y cálculo de la reflectancia visible para cada uno de los tejidos -considerados valores de referencia-; 2) determinación y cálculo de la reflectancia difusa hemisférica de los tejidos mediante el método adaptado de Akbari; 3) determinación y cálculo de la reflectancia difusa hemisférica de los tejidos mediante el método de reflectancia hemisférica; 4) análisis estadístico de los resultados. Se analizan once tejidos screen de diferentes colores y factores de apertura. Se concluye que las técnicas evaluadas resultan adecuadas para cuantificar de forma confiable, económica y simple, la reflectancia visible difusa de las cortinas roller screen con un error cuadrático medio inferior al 0,15, respecto a los valores obtenidos con la técnica de referencia.The main objective of this work is to advance in the adaptation and development of methods for the characterization of visible reflectance of materials with different degrees of permeability to light - roller screen curtains - with medium and low cost instruments, and to determine their degree of adjustment with respect to the methodology proposed by international standards. The work is divided into four sections: 1) determination of spectral reflectance in spectroradiometer and calculation of visible reflectance for each of the fabrics -considered as reference values-; 2) determination and calculation of hemispherical diffuse reflectance of the fabrics using the adapted Akbari method; 3) determination and calculation of hemispherical diffuse reflectance of the fabrics using the hemispherical reflectance method; 4) statistical analysis of the results. Eleven screen fabrics of different colors and openness factors are analyzed. It is concluded that the tested techniques are adequate to quantify in a reliable, economic and simple way, the diffuse visible reflectance of roller screen curtains with a mean square error lower than 0.15, with respect to the values obtained with the reference technique.Fil: Villalba, Ayelén María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Alchapar, Noelia Liliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Mercado, Hector Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Pattini, Andrea Elvira. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; ArgentinaFil: Correa, Érica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía; Argentin