ECOLOGIA

Techos eficientes

 

Por RICHARD W. HAMMOND y SARAH ELIZABETH WOLFE *

Los techos planos representan una proporción significativa de las áreas urbanas y cumplen una variedad de funciones, cada una de las cuales es responsable de una variedad correspondiente de efectos sobre el medio ambiente urbano y su infraestructura. Una de las funciones más importantes es la recolección y descarga de agua de lluvia, especialmente durante tormentas que tienen impactos sustanciales en los sistemas de alcantarillado municipal y en los cuerpos de agua receptores. Tanto los techos verdes como los azules son formas efectivas de mitigar los problemas de las aguas pluviales, al tiempo que ofrecen otros beneficios que dependen de las características de un edificio y su sitio.
Tal vez parezca un tema alejado de nuestra disciplina pero cumple un papel importante en las certificaciones LEED a las que nuestras obras aspiran.

 

Importancia de los impactos del techo plano
Los techos generalmente representan más del 25% de un área urbana en América del Norte, una proporción mayor que los pavimentos.1 Pero si bien los techos planos constituyen la mayor parte de los techos de las ciudades, generalmente son invisibles para los ocupantes de los edificios, que, en consecuencia, desconocen la variadas funciones de los techos y sus impactos en el entorno físico y natural. De estos impactos, la descarga rápida e incontrolada de la corriente de aguas pluviales es una de las más importantes, y la descarga solo aumenta con la intensidad de la tormenta. La mitigación de los efectos de la escorrentía de aguas pluviales se ha identificado como una prioridad para los techos planos según los criterios establecidos en los sistemas de clasificación de edificios ecológicos LEED y Green Globes.
Los techos planos pueden reducir la descarga de aguas pluviales mediante la implementación de sistemas con vegetación “verdes” o sistemas de detención y recolección “azules”. El desempeño del agua pluvial de los techos verdes está bien establecido, aunque la investigación muestra que esto depende de la lluvia local y los factores de evapotranspiración que son muy variables.2 En contraste, los estudios de los techos azules que incorporan sistemas de recolección del agua muestran cómo estos pueden optimizarse para adaptarse a las necesidades locales.3 Ambos enfoques también tienen importantes beneficios potenciales más allá de la gestión de aguas pluviales. Los techos verdes reducen las islas de calor urbano, proporcionan hábitat y ofrecen beneficios estéticos a los ocupantes del edificio y sus vecinos en los edificios circundantes. Los techos azules pueden reemplazar el uso de agua potable para riego o descarga de inodoros y son más compatibles con las tecnologías solares montadas en el techo que los techos verdes. Sin embargo, los beneficios de los techos verdes y azules varían considerablemente según las características del edificio, el contexto urbano y la ubicación geográfica. Aquí ofrecemos un marco para evaluar estos beneficios para cualquier proyecto en particular, ilustrado por tres ubicaciones de estudio canadienses con diversas condiciones climáticas.

 

Techos verdes y azules como estrategias SWM
de desarrollo de bajo impacto “mejoradas”

La reducción del volumen de aguas pluviales que ingresan a los sistemas de alcantarillado municipales es particularmente importante para aquellas jurisdicciones con tormentas combinadas y cañerías sanitarias. En estos sistemas, el exceso de aguas pluviales abruma el sistema y hace que las aguas residuales no tratadas pasen por alto las plantas de tratamiento y se descarguen directamente en las aguas superficiales. Para dos de los lugares seleccionados en este estudio, Londres, ON4 y Halifax, NS5, esta descarga de aguas pluviales a las fuentes de agua superficial es un grave riesgo / problema para los requisitos locales de calidad del agua. En la tercera ubicación, Calgary, AB, se han eliminado los sistemas combinados, pero su infraestructura de alcantarillado pluvial descarga aguas pluviales directamente, y sin tratamiento, en el río Bow. Aunque no contiene aguas residuales, este agua recoge desechos y residuos químicos de superficies duras y los transporta al río. Según lo observado por Sedlack, aunque una alcantarilla combinada que funciona correctamente arroja una mezcla de escorrentía de aguas pluviales y desechos domésticos varias veces al año, una alcantarilla [tormenta] separada transporta lo que esté en las superficies impermeables de la ciudad a las vías fluviales urbanas durante cada tormenta.6
La constatación de que las salidas de aguas pluviales tienen graves consecuencias, incluso si no forman parte de los sistemas combinados de alcantarillado, proporciona un impulso importante para la mitigación a través de una colección de técnicas conocidas como Gestión de aguas pluviales de desarrollo de bajo impacto (LID SWM). El propósito principal de LID SWM es mitigar los efectos de la escorrentía de aguas pluviales en la infraestructura municipal de aguas pluviales al redirigir el agua de lluvia descargada de los techos y otras superficies impermeables lejos del sistema municipal de alcantarillado pluvial.7 La Tabla 1 resume las estrategias más comunes de LID SWM, que se puede usar individualmente o en combinación en cualquier proyecto en particular.
Los techos verdes y azules son distintos de las estrategias basadas en infiltración porque retienen el agua de lluvia en el techo o la recogen en una cisterna para reutilizarla. Estos sistemas desvían volúmenes significativos de agua para evaporar la transpiración de las plantas o para compensar el uso de agua municipal, antes de que cualquier desbordamiento ingrese a un sistema de gestión de aguas pluviales en el sitio. Debido a que los sistemas de techo verde y azul ofrecen beneficios más allá de su propósito principal de retención de aguas pluviales, pueden considerarse Estrategias LM SWM “mejoradas”. Es importante destacar que, como se demuestra a continuación, los sistemas de recolección de agua de lluvia son capaces de compensar toda el agua potable que normalmente se usaría para descargar inodoros o urinarios en prácticamente todos los tipos de edificios en un amplio rango de ocupantes y categorías.

 

 

Comparación del rendimiento del techo verde y azul
En esta investigación, comparamos el rendimiento de los techos verdes y azules en una variedad de tipos de edificios utilizando los 15 ejemplos resumidos en la Tabla 2. El tamaño típico y los datos de ocupación para cada ejemplo se tomaron de la base de datos de Tendencias de datos de EPA de EE. UU.8, con la excepción de datos para edificios educativos que fueron tomados de una revisión de las escuelas por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

 

 

Para examinar los efectos de las diferentes condiciones climáticas en el rendimiento de la recolección de agua de lluvia, cada tipo de edificio se modeló utilizando datos de lluvia para Londres, ON, Calgary, AB y Halifax, NS. London, ON se encuentra en una zona continental húmeda típica del este de América del Norte, con inviernos moderados con nevadas significativas y veranos cálidos. Calgary, AB se encuentra en una zona climática típica del noroeste de América del Norte, con inviernos fríos con nevadas limitadas y veranos frescos y secos. Halifax, NS se encuentra en una zona climática costera del noreste con temperaturas moderadas en invierno y verano, así como precipitaciones significativas durante todo el año. Juntos, estos lugares ofrecen una amplia gama de condiciones climáticas representativas de Canadá y el norte de los Estados Unidos. Los datos comparativos de los techos verdes se tomaron de un estudio empírico realizado por Sims y otros que midió el rendimiento de instalaciones idénticas utilizando 150 mm de medios de cultivo en las mismas tres ciudades durante dos años, 2013 y 2014.10
El desempeño de los sistemas de recolección de agua de lluvia en cada ubicación se modeló mediante la construcción de una hoja de cálculo para la demanda de agua. La demanda de agua fue determinada por el tamaño del edificio y los datos de ocupación de EPA8 y NREL,9 combinados con estadísticas sobre la frecuencia del uso de inodoros o urinarios del sistema de clasificación LEED.11 La demanda total de agua se divide por el volumen de agua de lluvia disponible según a datos de precipitación mensual de Medio Ambiente y Cambio Climático de Canadá.12 Esto genera un porcentaje anual de agua de lluvia cosechada para cada tipo de edificio en cada ubicación, que se compara con el porcentaje promedio retenido por los techos verdes en cada ubicación, 10 resumido en la Tabla 3.
Los resultados de Londres, Calgary y Halifax se presentan en las Figuras 1, 2 y 3, respectivamente. Cada figura compara la demanda de accesorios con el suministro de agua de lluvia (en litros, eje y, escala izquierda) para los 15 tipos de edificios diferentes (eje x). El porcentaje de lluvia retenido por el sistema de cosecha en cada tipo de edificio se representa con puntos azules (escala derecha). Esto permite una comparación con el rendimiento de un techo verde de Sims et al10 representado por una línea verde horizontal en las figuras. Todos los resultados se normalizan por metro cuadrado (10 pies2) de área de construcción.
Estos resultados ilustran la efectividad de los techos verdes y azules para retener el agua de lluvia, particularmente en lugares urbanos con precipitaciones bajas a moderadas como Calgary y Londres. Los resultados también muestran que la recolección de agua de lluvia es más efectiva en edificios con una ocupación más alta y más constante, particularmente aquellos en las categorías educativas e institucionales. La siguiente discusión desarrolla una justificación para considerar estos y otros beneficios de los techos verdes y azules como parte de la identificación de las oportunidades más apropiadas para implementarlos.

 

 

 

¿Por qué usar un techo verde?
Más allá de su mitigación de aguas pluviales y otros beneficios, un atributo comúnmente asociado con los techos verdes es una mayor resistencia térmica. Sin embargo, como se explica en ASHRAE Journal por Lstiburek,13 el modesto efecto aislante proporcionado por un techo verde se puede replicar en un techo convencional con un pequeño aumento en el aislamiento del techo en sí, a un costo y peso insignificante en comparación con el material al medio de cultivo requerido para sostener las plantas. Del mismo modo, las contribuciones hechas por un techo verde para reducir la calefacción urbana también se pueden lograr mediante la incorporación de una membrana de techo de alto albedo como parte de un techo convencional, como se reconoce en los sistemas de clasificación LEED y Green Globes.
Dadas estas consideraciones, combinadas con los costos sustanciales de capital y mantenimiento asociados con los techos verdes, es notable que hayan continuado aumentando su prevalencia. Si bien parte de esto podría atribuirse al marketing efectivo por parte de los fabricantes de sistemas de techos verdes o al respaldo entusiasta por parte de los diseñadores de edificios, la creciente implementación de los techos verdes oculta otras motivaciones poderosas que van más allá de la hipérbole o los factores biofísicos cuantificables discutidos anteriormente. Defensores como Green Roofs para Ciudades Saludables identifican las contribuciones que hacen los techos verdes a la biodiversidad donde esto está limitado en un entorno urbano, así como su valor estético cuando son visibles o accesibles para los ocupantes del edificio o sus vecinos.14 Rick Fedrizzi, cofundador del Consejo de Construcción Verde de EE. UU., incluso hace un caso para atribuir valores inmobiliarios aumentados para edificios con techos verdes y para edificios vecinos que los pasan por alto.15 Aunque son menos susceptibles de cuantificación, ninguno de estos atributos es trivial, considerando la creciente importancia de la sociedad está poniendo tanto en la salud ambiental como en la calidad visual del entorno urbano.

 

 

Por qué usar un techo azul
La técnica de techo azul más simple para la gestión del agua de lluvia en las construcciones consiste en el drenaje del techo de control de flujo, que detiene el agua de lluvia y la libera gradualmente durante un período de tiempo, generalmente 24 horas. Debido a que se pueden implementar en cualquier techo, son compatibles con otras tecnologías sostenibles de techo, como paneles solares fotovoltaicos o sistemas solares térmicos. Quizás porque son tan comunes, pueden pasarse por alto como medidas de LID SWM, como lo demuestra su ausencia de la Tabla 1.
Desde el punto de vista de la gestión de aguas pluviales, tanto los desagües del techo de control de flujo como los sistemas de recolección de agua de lluvia tienen un rendimiento predecible. Nuestros resultados muestran que, más allá de su contribución a la gestión de aguas pluviales, los sistemas de recolección de agua de lluvia pueden compensar significativamente la demanda normal de agua potable: cuando se usa dentro de los edificios, el agua de lluvia recolectada puede compensar toda el agua potable que normalmente se usa para descargar inodoros y urinarios para la amplia gama de tipos de edificios y para las ubicaciones examinadas en este estudio.

 

 

Crear una herramienta de decisión
La combinación de nuestros resultados para la detención del agua de lluvia con los otros atributos de los techos verdes y azules discutidos anteriormente produce criterios que pueden aplicarse al seleccionar el sistema más apropiado para un proyecto en particular. Específicamente, estos criterios son: retener el agua de lluvia, proporcionar hábitat natural, mejorar la apariencia del techo, acomodar otras tecnologías sostenibles en el techo y compensar el uso de agua potable. Estos criterios se ilustran en la Figura 4, organizados en un diagrama de flujo para guiar la toma de decisiones.
Este diagrama de flujo de decisión se basa en nuestra evaluación de los atributos de los techos verdes y azules utilizando la literatura disponible y los ejemplos empíricos. Ofrece a los responsables de la toma de decisiones un enfoque para guiar las deliberaciones sobre si utilizar un techo verde o un sistema de recolección de agua de lluvia en lugar de los desagües convencionales del techo con control de flujo o medidas basadas en infiltración. La decisión inicial depende de si los proponentes están dispuestos a comprometer recursos financieros para considerar enfoques alternativos. A partir de ese punto, mucho depende de las características de un proyecto en particular y del valor que los proponentes otorgan a los atributos menos tangibles pero importantes de los techos verdes en comparación con los atributos más objetivos de los sistemas de recolección de agua de lluvia. Los factores clave identificados en este estudio en la selección de techos verdes versus azules (visibilidad de la superficie del techo, importancia de la creación de hábitat y presencia de otros sistemas de techo) se señalan como acumulativos, lo que significa que deben considerarse juntos para determinar si Las condiciones del proyecto favorecen un techo verde.
Para los tipos de edificios grandes considerados anteriormente, los sistemas de recolección de agua de lluvia tienen el potencial de hacer una diferencia sustancial en la reducción de los impactos de las aguas pluviales en la infraestructura de tratamiento de aguas aguas abajo, al tiempo que reducen la demanda de los sistemas de suministro de agua municipales aguas arriba. A medida que más edificios empleen estos sistemas, los beneficios acumulativos para las ciudades serán cada vez más significativos. Al igual que el desarrollo de techos verdes, una mayor conciencia de las aplicaciones apropiadas para los sistemas de captación de agua de lluvia y una menor incertidumbre sobre su diseño y operación con suerte conducirán a una aceptación más amplia, a pesar de su falta de prestigio y visibilidad.

 

 

Un recurso urbano oculto
Si bien los techos planos son normalmente invisibles e inaccesibles tanto para los ocupantes de los edificios como para los peatones, son, sin embargo, una característica importante del paisaje urbano. Las superficies de los techos también tienen efectos significativos en el entorno urbano, particularmente en la descarga rápida de agua de lluvia durante las tormentas. De la colección de técnicas de desarrollo de bajo impacto disponibles para gestionar las aguas pluviales, los techos verdes y azules ofrecen beneficios significativos más allá del control del exceso de lluvia, lo más importante la creación de hábitat y la conservación del agua. Los sistemas de techos verdes y azules, aplicados adecuadamente y combinados con otras estrategias que conservan la energía, permiten el despliegue de energía solar fotovoltaica, reducen las emisiones y mitigan la calefacción urbana, permiten que los techos de los grandes edificios se transformen de una oportunidad oculta para convertirse en un importante recurso urbano para ciudades en una amplia gama de zonas climáticas.

 

 

 

Referencias
1 “Effects of urban surfaces and white roofs on global and regional climate.” Journal of Climate 25: 1028-1047.
2. Viola, F., Hellies, M., Deidda, R. 2017. “Retention performance of green roofs in representative climates worldwide.” Journal of Hydrology 553: 763-772.
3. Sample, D. & Liu, J. 2014. “Optimizing rainwater harvesting systems for the dual purposes of water supply and runoff capture.” Journal of Cleaner Production 75: 174-194.
4. Ecojustice. 2013. “The great lakes sewage report card.” Retrieved 18 November 2016 from: http://www. ecojustice.ca/wp-content/uploads/2014/08/ FINAL-The-Great-Lakes-Sewage-Report- Card-2013.pdf.
5. Sierra Legal Defence Fund. “The national sewage report card: grading the sewage treatment of 22 Canadian cities.” Retrieved 18 November 2016 from: http:// www.bucksuzuki.org/images/uploads/docs/ sewage_report_card_III.pdf.
6. Sedlack, D. 2014. Water 4.0: The Past, Present, and Future of the World’s Most Vital Resource. New Haven: Yale University Press, p. 128.
7. Toronto and Region Conservation Authority. “Low impact development stormwater management planning and design guide version 1.0.” Retrieved 18 November 2016 from: http://www. sustainabletechnologies.ca/wp/wp-content/uploads/2013/01/LID-SWM-Guide-v1.0_2010_1_no-appendices.pdf.
8. EPA. “Energy Star portfolio manager data trends: combined commercial/institutional data series.” U.S. Environmental Protection Agency. Retrieved 19 December 2016 from: https:// www.energystar.gov/sites/default/files/ tools/DataTrends_All_20150129_508. compressed.pdf.
9. NREL. “Technical support document: development of the advanced energy design guide for K-12 schools.” National Renewable Energy Lab. Retrieved 27 November 2016 from: http://www.nrel.gov/ docs/fy07osti/42114.pdf.
10. Sims, A., et al. 2016. “Retention performance of green roofs in three difference climate regions.” Journal of Hydrology 542: 115-124.
11. CGBC. 2009. LEED Canada for new construction and major renovations 2009. Ottawa: Canada Green Building Council.
12. Historical data (2016), Environment and Climate Change Canada. Retrieved 12 November 2016 from http://climate.weather. gc.ca/historical_data/search_historic_ data_e.html
13. Lstiburek, J. 2011. “Seeing red over green roofs.” ASHRAE Journal, June 2011: 68-71.
14. “About green roofs. Green Roofs for Healthy Cities.” Retrieved 18 October 2016 from: https://greenroofs.org/about-green-roofs/.
15. Fedrizzi, R. 2015. Green Think: How Profit Can Save The Planet. New York: Disruption Books, p. 452.

* Sobre los autores
Richard W. Hammond, OAA, es un arquitecto principal en Cornerstone Architecture Incorporated, con sede en Londres, ON. Geoffrey M. Lewis, Ph.D., es especialista en investigación del Centro de Sistemas Sostenibles de la Universidad de Michigan, Ann Arbor, Mich. Sarah Elizabeth Wolfe, Ph.D., es profesora en la Escuela de Medio Ambiente, Recursos y Sostenibilidad en la Universidad de Waterloo, Waterloo, ON.

Esta nota ha sido traducida de HIGH PERFORMING BUILDINGS, Summer 2019.

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