Las sombras de la ciudad revelan sus flujos de energía

Investigadores de la Facultad de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han creado “modelos de sombras” y un software para calcular con gran resolución la cantidad de radiación solar que llega a las calles y los edificios. Los resultados pueden ayudar a optimizar el consumo de energía en las ciudades, según publica Research Journal of Chemistry and Environment.

“La radiación solar que incide sobre un punto de la ciudad cambia según la hora del día, las condiciones meteorológicas, las concentraciones de contaminantes y otras variables”, explica Roberto San José, profesor de la Facultad en un comunicado, “y lo que hemos hecho es calcularla simulando con superordenadores la ingente cantidad de datos implicada en todo el proceso atmosférico”.

Dos modelos matemáticos de sombras

Los cálculos son tan complejos que se han utilizado 72 horas de trabajo en las potentes máquinas del Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CEsViMa-UPM) y del superordenador Mare Nostrum del Barcelona Supercomputing Center para conseguir sólo 6 segundos de la evolución de las luces y sombras en una zona de Madrid.

Los investigadores han ideado dos modelos matemáticos “de sombras”, donde el primero proporciona datos al segundo. Uno muestra en 3D y con gran detalle el comportamiento de la radiación, y el otro indica el intercambio de energía que se produce en el área seleccionada. La morfología urbana desempeña un papel esencial en el balance energético.

“Según la distribución urbana, habrá rayos de luz que a una determinada hora choquen contra el asfalto, otros contra la acera y otros contra los edificios, en los que se reflejarán sucesivamente hasta crear diferente grados de sombras a nivel de superficie”, explica San José.

El equipo ha implementado sus dos modelos en una herramienta informática denominada SHAMO (SHAdow MOdel), un software que permite cuantificar las sombras y la radiación solar en cualquier ciudad. En concreto, se analizan cubos de 1 km x 1 km de base y 400 m de altura con 4 m de resolución.

Optimización energética urbana

“Los resultados pueden servir como herramienta de sostenibilidad y optimización energética en las ciudades”, comenta San José, “tanto desde un punto de vista arquitectónico (un edificio sombreado requerirá más energía calorífica interna que otro soleado), como de planificación urbana, para buscar una armonía entre el consumo energético humano y el natural”.

El investigador pone un ejemplo: “La calefacción se suele encender de día y se apaga de noche, pero en algunos casos se podría hacer al revés: cuando la cantidad de radiación solar que llegue al edificio sea suficiente para mantener el calor que haya acumulado por encender la calefacción nocturna”.

Para realizar el estudio, se han tomado los datos meteorológicos globales que facilita el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) de Estados Unidos.

Con esta información, se ha obtenido otra a nivel europeo y nacional, hasta la escala de la Ciudad Universitaria de Madrid. El punto de partida de todo el proceso ha sido un código abierto de investigación geofísica denominado EULAG.

Esta investigación forma parte del proyecto europeo BRIDGE sobre metabolismo urbano, un concepto que entiende la ciudad como un organismo vivo que busca un balance energético sostenible. El departamento de planificación urbana del Ayuntamiento de Madrid ya ha mostrado interés por la nueva herramienta.

Referencia bibliográfica:

R. San Jose, J. L. Pérez, R.M. Gónzalez. “Sensitivity analysis of two different shadow models implemented into EULAG CFD model: Madrid experiment”. Research Journal of Chemistry and Environment 15(2): 319-325, 2011.