Termografía del cañón urbano : uso de la perspectiva para una evaluación térmica global de la calle

Abstract

Many of the citizen's daily activities take place in the streets. Climatic conditions in between buildings largely affect the user’s comfort of these spaces, and, consequently, the human perception of the city environment. Additionally, the climate at street level influences environmental conditions inside buildings, affecting, therefore, the amount of energy needed to achieve indoor comfort and, by extension, the global city energy consumption. Street environmental conditions are the result of complex energy exchanges between the air and built surfaces. From a thermal point of view, the result of this balance is expressed by the surface temperature. This doctoral thesis investigates the possibilities of thermographic time-lapses as a tool for the analysis of the time evolution and the space distribution of temperatures over the urban canyon surfaces. The study focuses on streets within compact urban tissues, built morphologies whose thermal behavior is not well-understood yet. This research explores what can be learned about the thermal performance of these urban canyons only with a commercial infrared camera operated by one person for a day, feasible conditions for the early stage of urban projects. With such limited resources, the geometry of the street leads to the shot of thermographies in perspective to maximize the information obtained from an individual image. This approach, which can be considered innovative among the uses of thermography technique in the built environment, introduces some challenges regarding the results interpretation. The most important one is the presence of a temperature deviation between frontal and oblique views. Several experimental tests help to demonstrate that, within compact urban canyons, advantages of the global thermal view of the street clearly compensate the slight accuracy loss associated to the perspective view. Based on this approach, this thesis studies the impact of two kind of architectural interventions on the thermal behavior of street surfaces: the change in the façade reflectivity and the installation of shading devices at a street scale. To perform these thermal analyses, it is necessary to develop a new method for the acquisition and post-processing of thermographic image sequences. This method is implemented on several streets with similar geometry, but with differences regarding its material composition and design, allowing the comparison among the case studies. From a methodological point of view, it is stated that the method developed in the thesis constitutes an effective tool for a better understanding of the thermo-radiative phenomena taking place within the streets. From an architectural point of view, results demonstrate the potential of the two interventions assessed to modify the street radiative environment, both in short and longwave, as shown by the remarkable differences in surface temperature found between cases. In the current context of environmental and energy crisis, knowing the characteristics of the microclimate at this scale, and the mechanisms that drive it, is a priority to guide urban projects towards more sustainable models.

Muchas de las actividades diarias de los ciudadanos tienen lugar en la calle. De las condiciones ambientales existentes en estos espacios depende, en gran medida, el grado de confort de sus usuarios y, con ello, su percepción ambiental de la ciudad. Además, el clima a nivel de calle influye sobre el comportamiento energético de los edificios, afectando, por tanto, a la cantidad de energía necesaria para lograr el confort en su interior y, por extensión, al consumo energético global de la ciudad. Las condiciones ambientales de la calle son consecuencia de complejos intercambios de energía entre el aire y sus superficies. A nivel térmico, el resultado de este balance se expresa mediante la temperatura superficial. En esta tesis doctoral, se investigan las posibilidades de las secuencias de termografías como herramienta de análisis de la evolución temporal y distribución espacial de las temperaturas sobre las superficies del cañón urbano. La investigación se centra en calles de tejidos urbanos compactos, morfologías cuyo comportamiento térmico aún no es del todo comprendido. Se plantea qué se puede aprender sobre el ambiente térmico de este tipo de calles, contando con una cámara comercial, un técnico y un día de medición, condiciones asimilables a la etapa inicial de proyecto. Contando con estos recursos, la propia geometría del entorno lleva a tomar las termografías en perspectiva para maximizar la información obtenida en cada imagen. Este enfoque, innovador dentro de los usos habituales de la termografía en ambientes construidos, introduce, sin embargo, una serie de retos en la interpretación de los resultados. El más importante es la existencia de una desviación entre las temperaturas obtenidas desde tomas frontales y oblicuas. Gracias a diversos tests experimentales, se comprueba que, en el caso de cañones urbanos compactos, las ventajas de tener una visión global térmica de la calle compensan sobradamente la ligera disminución de la precisión introducida por la perspectiva. Partiendo de este enfoque, esta tesis estudia los efectos sobre el comportamiento térmico de las superficies del cañón urbano de dos tipos de intervenciones arquitectónicas: el cambio de la reflectividad de las fachadas y la instalación de dispositivos de sombra a escala de calle. Para llevar a cabo estos análisis térmicos, es necesario desarrollar una metodología propia de adquisición y procesamiento de secuencias termográficas. Dicho método se aplica en diversas calles, similares en su geometría pero diferentes desde un punto de vista material y de diseño, lo que permite comparar térmicamente los distintos casos de estudio. Desde el punto de vista metodológico, se concluye que el método diseñado constituye una herramienta eficaz para mejorar nuestra comprensión de los fenómenos térmico-radiativos que tienen lugar a la escala de calle. A nivel arquitectónico, los resultados muestran el potencial de ambas intervenciones para modificar el ambiente radiativo del cañón urbano, tanto en ondas cortas como largas, registrándose variaciones notables de la temperatura superficial. En el actual contexto de crisis energética y ambiental, conocer las características del microclima de la calle, y los mecanismos que lo gobiernan, resulta prioritario para guiar el proyecto urbano hacia modelos más sostenibles