Urban agriculture in the framework of sustainable urbanism

Abstract

L'urbanisme sostenible promou el desenvolupament d'estratègies amb l’objectiu de la sostenibilitat del territori. Una d'aquestes estratègies és l'agricultura urbana (AU). Específicament, els hivernacles en cobertes o terrats (RTGs) permeten el cultiu d'aliments a la ciutat sense comprometre superfície de sòl permeable. No obstant això, la investigació que abordi el seu comportament energètic i que brindi eines per a la quantificació i anàlisi de la seva viabilitat és limitada. A Amèrica Llatina i al Carib (ALC), l'estudi de la AU encara es troba en una etapa inicial, fet pel qual és necessari aprofundir i promoure el seu estudi. La present tesi doctoral pretén cobrir aquests àmbits d'estudi a través d'intentar donar resposta a les següents quatre preguntes: -Per als països desenvolupats (i) En quina mesura les eines urbanes, arquitectòniques, socials i sostenibles contribueixen a avaluar el potencial d'implementació de l'agricultura en terrats d'edificis existents en ciutats del sud d'Europa?, (ii) Pot la integració d'un hivernacle al terrat d'un edifici, aprofitant el seu intercanvi de fluxos tèrmics residuals, contribuir tecnològicament i arquitectònicament al desenvolupament de l'agricultura urbana?; -per als països en vies de desenvolupament (iii) Quin és el panorama actual de l'agricultura urbana als països en desenvolupament d'Amèrica Llatina i el Carib?, (iv) Quines són les implicacions de la planificació urbana i l'habitatge social en la promoció de l'agricultura urbana per a la sostenibilitat de la ciutat llatinoamericana de grandària mitjana? La tesi inclou un marc interdisciplinari. En cada línia de recerca estudiada s'han utilitzat materials i mètodes complementaris per a l'obtenció de dades específiques: sensors aerotransportats, sensors de temperatura i humitat de l'aire, diversos programaris, revisió documental, entrevistes i grups d'interès, entre d’altres. Els resultats van demostrar que un hivernacle integrat al terrat (iRTG) pot proporcionar temperatures dins del rang 14-26 °C, les quals són idònies per als sistemes tancats d'horticultura en zona mediterrània. A més es poden “reciclar” 341.93 kWh / m2 / any d'energia de calefacció de la resta de l'edifici. L'ús dels sensors aerotransportats (TASI 600 i Leica ALS50-II) per a la identificació de les característiques bàsiques dels terrats per a la implementació d'hivernacles, és viable i confiable. L'eina multicriteri per a la presa de decisions per a la implementació de RTGs va demostrar ser viable i objectiva, i l'ús d'un índex de sostenibilitat global minimitza la subjectivitat del procés i permet seleccionar l'alternativa més sostenible. L'estudi de la AU en ALC es desenvolupa en almenys 14 països, però el 86% de la recerca està centrada a Brasil, Cuba, Mèxic, Colòmbia i Argentina. La AU desenvolupa cinc funcions: ecològica-ambiental, social, productiva, urbana-política i econòmica. A més, és una mesura d'emergència enfront dels problemes socials i dels perills naturals, i està vinculada a l'habitatge social i al planejament urbà. Els barris d'habitatge social tenen característiques que els fan espais apropiats per al desenvolupament de l'agricultura vertical. La AU sol desenvolupar-se de forma tradicional dins dels límits del predi, a escala petita i de forma privada. El cultiu de fruites s'imposa (70%) enfront de les verdures i plantes aromàtiques (30%). Les futures línies de recerca a Europa haurien de centrar-se en l'anàlisi de la interconnexió bidireccional energètica entre el RTG i l'edifici, aprofundir (proves en laboratori) en la identificació de materials en cobertes usant sensors aerotransportats i analitzar la viabilitat de cobertes multipropósit en parcs industrials. En el cas de ALC, s'ha d'explorar les funcions menys desenvolupades de la UA (econòmica i urbana-política); treballar amb organitzacions comunitàries per a la quantificació del potencial de l'agricultura vertical i desenvolupar una base de dades de la UA en l'habitatge social.

El urbanismo sostenible promueve el desarrollo de estrategias en pro de una sostenibilidad del territorio. Una de estas estrategias es la agricultura urbana (AU). Específicamente, los invernaderos en la azotea (RTGs) permiten el cultivo de alimentos en la ciudad sin comprometer superficie de suelo permeable. Sin embargo, las investigaciones que aborden su comportamiento energético y que brinden herramientas para la cuantificación y análisis de su viabilidad son limitadas. En América Latina y el Caribe (ALC), el estudio de la AU aún se encuentra en una etapa inicial, por lo que es necesario profundizar y promover su estudio. La presente tesis doctoral pretende cubrir estos ámbitos de estudio a través de intentar dar respuesta a las siguientes cuatro preguntas: -Para los países desarrollados (i) ¿En qué medida las herramientas urbanas, arquitectónicas, sociales y sostenibles contribuyen a evaluar el potencial de implementación de la agricultura en azoteas de edificios existentes en ciudades del sur de Europa?, (ii) ¿Puede la integración de un invernadero en la azotea de un edificio, aprovechando su intercambio de flujos térmicos residuales, contribuir tecnológicamente y arquitectónicamente al desarrollo de la agricultura urbana?; -para los países en vías de desarrollo (iii) ¿Cuál es el panorama actual de la agricultura urbana en los países en desarrollo de América Latina y el Caribe?, (iv) ¿Cuáles son las implicaciones de la planificación urbana y la vivienda social en la promoción de la agricultura urbana para la sostenibilidad de la ciudad latinoamericana de tamaño mediano?

La tesis incluye un marco interdisciplinar de diversas disciplinas. Y en cada línea de investigación estudiada se han utilizado materiales y métodos complementarios para la obtención de datos específicos: sensores aerotransportados, sensores de temperatura y humedad del aire, diversos softwares, revisión documental, entrevistas, grupos de interés, y otras. Los resultados demostraron que un invernadero integrado en la azotea (iRTG) puede proporcionar temperaturas dentro del rango 14-26 °C, las cuales son idóneas para los sistemas cerrados de horticultura en zona mediterránea. Y se puede “reciclar” 341.93 kWh / m2 / año de energía de calefacción del resto del edificio. El uso de los sensores aerotransportados (TASI 600 y Leica ALS50-II) para la identificación de las características básicas de las azoteas para la implementación de invernaderos, es viable y confiable. La herramienta multicriterio para la toma de decisiones para la implementación de RTGs demostró ser viable y objetiva; y el uso de un índice de sostenibilidad global minimiza la subjetividad del proceso y permite seleccionar la alternativa más sostenible.

El estudio de la AU en ALC se desarrolla en al menos 14 países, pero el 86% de la investigación se desarrolla en Brasil, Cuba, México, Colombia y Argentina. La AU desarrolla cinco funciones: ecológico-ambiental, social, productiva, urbano-política y económica. Además, es una medida de emergencia frente a los problemas sociales y los peligros naturales; y está vinculada a la vivienda social, y al planeamiento urbano. Los barrios de vivienda social tienen características que los hacen espacios apropiados para el desarrollo de la agricultura vertical. La AU suele desarrollarse de forma tradicional dentro de los límites del predio, a escala pequeña y de forma privada. El cultivo de frutas se impone (70%) frente a las verduras y plantas aromáticas (30%).

Futuras investigaciones en Europa deberían centrarse en el análisis de la interconexión bidireccional energética entre el iRTG y el edificio; profundizar (pruebas en laboratorio) en la identificación de materiales en cubiertas usando sensores aerotransportados; analizar la viabilidad de cubiertas multipropósito en parques industriales. En el caso de ALC, se debe explorar las funciones menos desarrolladas de la UA (económica y político-urbana); trabajar con organizaciones comunitarias para la cuantificación el potencial de la agricultura vertical y desarrollar una base de datos de la UA en la vivienda social.

Sustainable urbanism promotes strategies for the sustainability of the territory. One of these strategies is urban agriculture (UA). Specifically, rooftop greenhouses (RTGs) are an alternative that in recent years has had a considerable rise in European compact cities, as they enable the cultivation of food in the city without compromising permeable soil surface. However, research that addresses their energy behavior and provides tools for the quantification and analysis of their viability is limited. In the case of Latin America and the Caribbean, the study of UA is still in an initial stage, so it is necessary to deepen and promote its analysis. In this sense, the present doctoral thesis aims to cover these areas of study and answer the following four questions: -For developed countries (i) To what extent do urban-architectural, social and sustainable tools contribute to assess the potential for implementation of agriculture on roofs of existing buildings in Southern European cities?, (ii) Can the integration of a greenhouse into the rooftop of a building, taking advantage of its exchange of residual thermal flows, contribute technologically and architecturally to the development of urban agriculture? For developing countries (iii) What is the current state of urban agriculture in developing countries in Latin America and the Caribbean? and (iv) What are the implications of urban planning and social housing in the promotion of urban agriculture for the sustainability of the medium-sized Latin American cities?

This thesis includes an interdisciplinary framework that combines aspects of various disciplines. In each line of research studied, complementary materials and methods have been used to obtain specific data: TASI-600 and Leica ALS50-II airborne sensors, air humidity and temperature sensors, various software, document review, interviews and focus groups, among others. The results showed that an integrated rooftop greenhouse (iRTG) can provide temperatures within the range of 14-26 °C, which are ideal for closed horticultural systems in the Mediterranean area. Moreover, 341.93 kWh / m2 / year of heating energy can be "recycled" from the rest of the building. The use of airborne sensors (TASI 600 and Leica ALS50-II) for the identification of the basic characteristics of the roofs is viable and reliable. The multicriteria tool for decision making for the implementation of RTGs proved to be viable and objective; and the use of a global sustainability index minimizes the subjectivity of the process and allows selecting the most sustainable alternative.

The study of UA in LAC is being developed in at least 14 countries, but 86% of the research is developed in Brazil, Cuba, Mexico, Colombia and Argentina. UA develops five functions: ecological-environmental, social, productive, urban-political and economic. In addition, the UA is an emergency measure in the face of social problems and natural hazards. The UA in LAC is linked to social housing and urban planning; and social housing neighborhoods have characteristics that make them suitable spaces for the development of vertical agriculture. The UA is usually developed within the boundaries of private properties on a small scale and privately. Fruit cultivation is imposed (70%) against vegetables and aromatic plants (30%).

Future research in Europe should focus on the analysis of the bidirectional energy interconnection between the iRTG and the building; deepening the identification of roof materials using airborne sensors through laboratory tests; analyzing the feasibility of multipurpose covers in industrial parks. In the case of LAC, on exploring the less developed functions of UA (economic and political-urban); working with LAC community organizations to quantify the potential of agriculture on the roof; and developing a database on the current development of UA in social housing.