Caracterización experimental de pavimentos fríos en material hormigón

Abstract

Actualmente vivimos en un mundo donde se lucha contra un calentamiento global que ha conseguido aumentar hasta 1ºC la temperatura media. Este fenómeno ha ocasionado que las ciudades sufran olas de calor cada vez más usuales en términos de frecuencia, intensidad y duración. La diferencia de temperatura entre el área urbana y la zona rural más cercana se denomina Isla de Calor Urbana (UHI) y está relacionada con la densidad, la geometría urbana y los materiales usados para construcción de edificios y espacios urbanos. Este efecto impacta negativamente en la sociedad, afectando a la calidad del aire, el confort térmico y la economía debido a la necesidad de climatización en comercios y áreas residenciales. Los pavimentos desempeñan un papel esencial en el efecto UHI, ya que conforman la mayoría de las superficies urbanas. Debido a su usual color oscuro y bajo albedo, fomentan un aumento significativo en la temperatura de estas superficies, almacenando gran cantidad de energía calorífica que posteriormente es emitida al ambiente. Este trabajo tiene como objetivo proponer una solución basada en la naturaleza (Nature Based Solution) denominada pavimentos fríos. Se ha estudiado el comportamiento de los pavimentos si se mojan su superficie inferior con agua que previamente ha sido recolectada mediante lluvias. El fluido refrigera de forma natural, consiguiendo así una bajada significativa de la temperatura de los pavimentos con respecto al material convencional expuesto al sol. Se consigue recopilar el comportamiento experimental de diferentes tipos de pavimentos tanto en espesor, albedo y composición, aportando un guía de diseño que recopila las diferentes capacidades de refrigeración según la elección y aplicación del pavimento. Gracias a esta solución, en todos los casos ensayados se consigue que los pavimentos tengan una temperatura inferior a la del aire tanto en horas pico de radiación como en horas posteriores al eliminar el almacenamiento térmico de estas superficies. De esta forma, se consigue mejorar los indicadores de confort térmico para los ciudadanos y se contempla una mejora del efecto UHI, reduciendo la temperatura ambiente de las zonas urbanas usando recursos naturales y permitiendo adaptar los pavimentos a las necesidades de mitigación. Además, se realiza un modelo matemático que simula el comportamiento de los pavimentos y se valida en función de los datos recabados experimentalmente. Finalmente, gracias al modelo realizado y validado se caracterizan las propiedades termofísicas de las muestras ensayadas.

Cities are struggling with the consequences of global warming that increased the world average temperature by at least 1.1°C in the last four decades. This phenomenon is causing heat wave events more frequent, intense and long, converting urban areas into unwelcoming spaces for life, especially, during the summer months by aggravating the urban heat island (UHI) effect. Besides the anthropogenic released heat and low vegetation density in urban areas, this effect relies on the heat storage capacity of exposed mass. Therefore, the concept of thermal comfort and a healthy environment transcends the physical boundaries of buildings requiring that cities must provide solutions to guarantee the liveability of outdoor spaces. Outdoor pavements play an essential role in the UHI effect, as they represent 20-40% of the urban surface. Due to their usual dark colour and low albedo, they easily present high surficial temperature values being capable of storing a large amount of heat energy, that is subsequently released to the environment. The objective of this work is to propose a natural-based solution to cooling outdoor pavements as a strategy to mitigate the impact of the UHI effect on the outdoor temperate increase. This solution consists of using the collected water during the rainy season to cool the pavements through the conductive effect combined with the reflectivity capability of the pavement material. To test the concept of this technique a set of pavements was studied using two samples, a sample that was wetted with the rainwater and a dry sample, used as a reference. The water acts as a cooling fluid and passively is capable of reducing significantly the surficial temperature of the pavement up to 20ºC with reference to the dry sample exposed to the sun. This work also presents the experimental behaviour of different types of pavements considering different thicknesses, albedos and compositions, providing a design guide that compiles the different cooling capacities according to the choice and application of the pavement. In all the cases evaluated, the water-cooled pavements reduced by 100% their overheating potential referred to the air temperature. Even was observed a substantial overcooling potential during solar peak hours, and extended daytime later hours, eliminating the thermal storage capability of these surfaces. Thus, is possible to point out that outdoor spaces with cooled pavements can improve the thermal comfort of individuals and simultaneously mitigate the UHI effect and its impacts. In resume, a strategy suitable for cities capable of offering sustainable solutions to recover livability in urban areas in a global warming scenario. In addition, a mathematical model that simulates the behavior of the pavements is developed and validated based on the data collected experimentally. Finally, thanks to the model developed and validated, the thermophysical properties of the tested samples are characterized.