Diferentes factores hacen que las urbes almacenen la energía procedente del sol, la solución para evitarlo pasa por aplicar medidas como el aumento de zonas verdes y el uso de materiales de enfriamiento radiativo que envían el calor al espacio.
por Laura Carlosena, Universidad Pública de Navarra; Ignacio García Ruiz, Universidad Pública de Navarra
Todos los veranos y, en especial, cada vez que llega una ola de calor, nos asalta la misma pregunta. La acumulación de calor es uno de los mayores problemas a los que se enfrentan nuestras urbes durante el verano. Pero ¿por qué se almacena tanto calor en las ciudades y no da tregua por las noches?
Diferencias entre áreas urbanas y rurales
Más de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanizadas y está previsto que cada vez más personas habiten en ciudades. El aumento de población y de zonas urbanizadas han afectado al clima, a los recursos, a la salud y a la calidad del aire.
El fenómeno de acumulación de calor en las ciudades, en comparación con las zonas rurales, se conoce como isla de calor urbana. Este fenómeno se documentó por primera vez en Londres en 1833, donde la temperatura urbana por la noche era casi 4 °C más alta que la del campo. Actualmente, este fenómeno ocurre en más de 400 ciudades a lo largo de todo el mundo.
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El sobrecalentamiento urbano se debe a una combinación de elementos: la falta de circulación de aire que depende del tamaño y la geometría de la ciudad, el calor de las actividades urbanas (tráfico, refrigeración, calefacción e industria), la falta de espacios verdes, la contaminación y la acumulación de la radiación solar.
Durante el día, gran parte de la energía recibida se almacena (en los edificios, los pavimentos, el asfalto) y se acumula como si se tratase de una una batería. Esta energía acumulada no se disipa instantáneamente, lo que conllevaría un aumento de la temperatura del aire. Es por la noche cuando esta energía almacenada se libera para compensar la falta de radiación solar que se recibe, resultando en unas temperaturas nocturnas más altas en comparación con las áreas rurales.
En 2022, el Ayuntamiento de Pamplona y la Universidad Pública de Navarra realizaron un estudio conjunto sobre las temperaturas extremas registradas en la ciudad. En esta investigación se compararon las datos de cinco estaciones meteorológicas urbanas con una estación de referencia rural.
Las mayores diferencias de temperatura se observaron por la noche, entre las 2:00 y las 9:00, alcanzando una diferencia de hasta 4 °C. En los meses de verano, debido a la mayor radiación solar, se vieron mayores diferencias de temperatura a lo largo del día en comparación con los meses de invierno. Frecuentemente, las estaciones urbanas registraban 2 °C más que la estación rural, con diferencias nocturnas en verano que, en casos extremos, superaban los 7 °C, llegando casi a los 9 °C. Julio destacó como el mes con mayores diferencias, mientras que en agosto estas diferencias tendieron a moderarse.
¿Qué problemas genera la isla de calor urbana?
El aumento de las temperaturas en la ciudad afecta a:
- La mortalidad y morbilidad relacionadas con el calor en personas vulnerables (ancianos, niños, embarazadas, trabajadores al aire libre y personas con bajos recursos).
- La necesidad de refrigeración en los edificios y, por tanto, el aumento de consumo energético.
- Los niveles de contaminación exterior.
Durante la ola de calor de 2003 en España, las muertes superaron un 8 % a las esperadas, la mayoría en personas de más de 75 años. Fue a partir de ese verano cuando se comenzaron a implementar planes de prevención para los efectos de las altas temperaturas (aquí se recoge el de 2024).
A pesar de este tipo de medidas, durante las olas de calor los sistemas de salud nacionales e internacionales se ven desbordados.
Estrategias de mitigación
Entre las soluciones más efectivas para mitigar el efecto de la isla de calor urbano está el uso de vegetación y de materiales reflectantes.
Numerosos estudios demuestran que las zonas verdes mejoran el clima en la ciudad y el confort térmico. Pero su efecto depende de la configuración (parques, filas de árboles, cubiertas verdes) y de las especies elegidas. No obstante, un estudio reciente apunta a que su efecto puede verse limitado durante las olas de calor.
Los materiales empleados en las construcciones desempeñan un papel muy importante en las ciudades. Cómo fluye el calor a través de los materiales es clave y la elección de los materiales determinará cuánto calor entrará o se reflejará y cuánto se acumulará. Históricamente, muchas ciudades mediterráneas han empleado la cal y pinturas blancas por su potencial de reflejar el calor.
Materiales que envían el calor al espacio
Los materiales de enfriamiento radiativo han despertado gran interés debido a que consiguen temperaturas por debajo de la temperatura ambiente tanto durante el día como por la noche.
Este tipo de materiales especiales podrían disminuir significativamente la demanda de refrigeración actual y futura de los edificios y mejorar las temperaturas de las ciudades. Claro que lo ideal sería que la capacidad enfriamiento radiativo se incluyera también en materiales comunes como el hormigón.
Los materiales de enfriamiento radiativo emplean un fenómeno que se usaba ya en la antigüedad para fabricar hielo en el desierto. Por un lado, reflejan muy bien la radiación solar. Por otro lado, envían al espacio como radiación infrarroja el calor que hayan podido acumular. Esto es posible porque la atmósfera es transparente a este tipo de radiación. El fenómeno se conoce como la “ventana de transparencia atmosférica”: el calor no se expulsa al aire sino al espacio y, como consecuencia, no contribuye al calentamiento de la ciudad ni por el día ni por la noche.
Varios estudios han demostrado su capacidad para mitigar el calor. A escala de calle, los materiales de enfriamiento radiativo disminuían 1,6 °C la temperatura ambiente y 24,2 °C la temperatura de las superficies. En otro estudio de simulación a escala de ciudad, la temperatura ambiente bajaba 1,6 °C durante el día y 0,6 °C por la noche. Entre las estrategias estudiadas, emplear estos materiales es una de las más eficientes.
Como podemos ver, una de las claves para reducir los efectos del calor en las ciudades es calcular el impacto que tendrán las diferentes medidas propuestas, entre las que destacan los materiales de enfriamiento radiativo. Se trata de un campo muy prometedor con gran potencial para mejorar las condiciones de temperatura de la población. Estudios recientes apuntan a que una combinación de soluciones a diferentes escalas (edificios, barrios y ciudades enteras) puede contribuir a mitigar el calor de manera efectiva.
¿Es el aire acondicionado la mejor solución para afrontar la subida de temperaturas?
Cuando la temperatura exterior sube a más de 35 °C, el organismo tiene que hacer esfuerzos inusuales para adaptarse, a riesgo de fatigarse. En algunos aspectos, el ser humano funciona como un sistema térmico: intercambia constantemente calor con su entorno, y su fisiología genera la producción de unos cien vatios de calor que debe eliminar para mantener su temperatura entre 36 y 37,5 °C, sean cuales sean las condiciones climáticas que le rodean.
por Nolwenn Le Pierrès – Professeure des Universités en énergétique, Université Savoie Mont Blanc
Como la transferencia de calor (por conducción, convección y radiación) es tanto más eficaz cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre la fuente y el entorno, al cuerpo le resulta fácil eliminar el calor que produce cuando las temperaturas exteriores son bajas.
Pero cuando la temperatura exterior es alta, esa eliminación se vuelve mucho menos eficaz, por lo que el cuerpo tiene que poner en práctica un nuevo tipo de intercambio: la evaporación del sudor, que es muy eficaz térmicamente pero requiere que el agua digerida por el cuerpo sea llevada a la superficie de la epidermis. Una transferencia que exige un esfuerzo adicional.
Estos cambios fisiológicos relacionados con las altas temperaturas ambientales tienen consecuencias importantes: el número anual de muertes atribuidas a las olas de calor y a las altas temperaturas suele aumentar constantemente debido al calentamiento global.
Para combatir el sobrecalentamiento, utilizamos cada vez más aparatos de aire acondicionado en el interior de los edificios. En todo el mundo, el número de unidades instaladas se ha más que duplicado desde 1990 y la tendencia a la implantación de estos sistemas no deja de aumentar. En los vehículos, el patrón es similar.
Aumento del consumo eléctrico
Un aparato de aire acondicionado extrae calor de una zona (interior) y lo libera a otra (exterior). Para realizar esta transferencia, el aparato consume otra forma de energía: la electricidad. El balance energético de este sistema muestra que la cantidad de calor emitida es igual a la suma del calor extraído y la electricidad consumida.
El primer reto que plantea la explosión del número de aparatos de aire acondicionado es el aumento de la electricidad que consumen. La cantidad de energía requerida no es insignificante: en Estados Unidos, por ejemplo, la energía eléctrica utilizada para la refrigeración representa más de una cuarta parte del consumo total de electricidad del país cuando hace calor. En España, el consumo de electricidad en verano también aumenta, principalmente debido a la necesidad de refrigeración.
Una de las consecuencias de este alto consumo de electricidad, aparte de que sobrecarga la red durante el verano, es que puede resultar muy costoso.
En 2017, las emisiones de GEI vinculadas a la producción de la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de las instalaciones de refrigeración representaron el 4,9 % de las emisiones mundiales de GEI. Estas emisiones contribuyen a su vez al calentamiento global… y a la necesidad de aire acondicionado.
Aumento de las temperaturas exteriores
Otro impacto, más local, del uso del aire acondicionado es el aumento de las temperaturas exteriores. Este impacto es especialmente notable en las zonas urbanas, que ya se ven afectadas en verano por el efecto isla de calor.
De hecho, la cantidad de calor liberada al exterior por los aparatos de aire acondicionado es superior a la que se extrae del interior de los edificios. Este calor adicional se añade al balance energético de la región: en las zonas con altos niveles de aire acondicionado, las temperaturas ya están aumentando alrededor de 0,5 °C como resultado. Las proyecciones climáticas que simulan el aumento previsto de la tasa de uso de aire acondicionado muestran que el aire acondicionado podría aumentar las temperaturas urbanas hasta +3 °C en periodos cálidos.
Una vez más, esto provocaría una mayor necesidad de aire acondicionado para combatir el aumento de la isla de calor. Una de las consecuencias es que la eficiencia de los aparatos de aire acondicionado disminuye a medida que aumenta la diferencia de temperatura entre el interior (a climatizar) y el exterior. En condiciones climáticas más cálidas, los aparatos de aire acondicionado son menos eficientes (su coeficiente de rendimiento disminuye) y, por tanto, consumen más electricidad y emiten aún más calor al exterior, con lo que se sigue alimentando el círculo vicioso antes descrito.
Emisiones de refrigerantes
Por último, el funcionamiento de estas máquinas es posible gracias al uso de un fluido, llamado refrigerante, que circula por el aparato de aire acondicionado, tomando calor de una zona y liberándolo en otra.
En un ciclo ideal, este fluido circula en un bucle en el sistema y, por tanto, no tiene ningún efecto sobre el medio ambiente. En la realidad, sin embargo, dos fenómenos pueden provocar la descarga de estos fluidos al exterior:
- Generalmente muy leves, pero no totalmente evitables, las fugas se acumulan a lo largo de la vida útil del sistema. Son relativamente más importantes en el caso de los climatizadores de vehículos que en los de edificios debido a las vibraciones a las que está sometido el sistema en los automóviles.
- En segundo lugar, si el sistema se gestiona mal al final de su vida útil, puede dar lugar a que el fluido se libere al medio ambiente. Es esencial que estos sistemas sean desmantelados por profesionales capacitados que puedan recuperar el fluido para su tratamiento adecuado.
Además, los refrigerantes son en sí mismos gases de efecto invernadero (GEI) relativamente potentes (por ejemplo, el refrigerante R32, uno de los más utilizados en la actualidad, tiene un poder de calentamiento global 675 veces mayor que el CO₂). Se estima que en 2027 el 2,9 % de las emisiones mundiales de GEI se deberán a emisiones directas (fugas) de refrigerantes.
Estas emisiones están aumentando y se suman a las emisiones indirectas vinculadas al consumo de electricidad mencionadas anteriormente. Diversas normativas internacionales o a menor escala exigen el uso de refrigerantes que tengan cada vez menos impacto, pero el fluido ideal no existe y aún es necesario investigar para mejorar estas tecnologías.
En resumen, los aparatos de aire acondicionado son tecnologías útiles que salvan vidas y cuya necesidad aumentará a medida que las olas de calor sean más frecuentes e intensas. Pero no hay que perder de vista que también son un componente del aumento del calentamiento global, por lo que deben utilizarse con prudencia y moderación, pues de lo contrario podrían contribuir a agravar el problema.