Urban canopy shading: opportunities to reduce cooling requirements

Abstract

As a result of the current economic and energy crisis, it has become necessary to rethink urban planning, starting from a global concept of efficiency and considering buildings not as isolated entities, but as part of an urban system, which consumes energy on a much larger scale. The connection between urban morphology and microclimate is a widely discussed question, including issues like the urban heat island phenomenon or outdoor comfort in open spaces. However, there is still a lot of work to be done regarding the influence of these microclimatic variations on building energy consumption. In that sense, would it be possible to apply efficient measures of microclimate modification on an urban scale to increase comfort levels in public spaces while at the same time, reducing building consumption? This paper focuses on urban canopy shading. Its effectiveness as a shading device and its capability to improve outdoor climate in areas with an excess of solar radiation is widely demonstrated. In this case, its effect on indoor climate of is evaluated. The case study is located in Cordoba (Spain), as an example of a climate with a hot and dry summer (according to CTE, level 4). A complete street canyon model has been created. Two buildings, one on each side of the street canyon, have been tested using an energy simulation software (Design Builder). Model features and simulation settings correspond to real values. Urban canopy shading effectiveness has been analyzed according to cooling demand decrease, taking into account both buildings. Spatial factors (street orientation, width-height ratio, windows-opaque ratio) and material factors (U-values and skin mass, % obstruction) have been considered. Results show 18% to 45% cooling demand decrease due to the canopy shading. Spatial factors are much more relevant than material factors: windows-opaque ratio is a determining factor, in contrast to mass and U-values. This study shows the importance of evaluating both urban facades, which means working from an urban perspective beyond the local scale of a single building.

El contexto de crisis económica y energética en que nos encontramos, hace necesario repensar la forma de planificar la ciudad partiendo de un concepto global de eficiencia y entendiendo los edificios no como entes aislados que consumen energía, sino como parte de un sistema, consumidor una escala mucho mayor. La relación entre morfología urbana y el microclima es una cuestión ampliamente tratada, abordándose el fenómeno isla de calor o el confort en espacios urbanos. Sin embargo, en cuanto a la influencia de estas variaciones microclimáticas sobre el consumo energético del edificio, aún queda mucho por hacer. En esta línea, nos planteamos: ¿sería posible implantar estrategias de modificación del microclima a escala urbana, que aumenten los niveles de confort en exterior y, simultáneamente disminuyan el consumo de los edificios? En este artículo se analiza el caso del toldo urbano. Su eficacia como elemento de sombra, y su capacidad de mejorar las condiciones exteriores en climas con exceso de radiación solar, está ampliamente demostrada. En esta ocasión, nos centramos en su repercusión sobre el ambiente interior en edificios residenciales. El caso de estudio se localiza en Córdoba (España), ejemplo de clima con verano cálido y seco (según CTE, severidad 4). Se ha creado un modelo de cañón urbano, en cuya parte central se ubican los dos edificios (uno a cada lado de la calle) objeto de simulación energética con Design Builder. Las características del modelo y simulación, responden a condiciones similares a las edificaciones residenciales del entorno. La efectividad del toldo se ha analizado en base a la disminución de demanda de refrigeración que genera, teniendo en cuenta ambos edificios. Se han considerado tanto variables espaciales (orientación de la calle, proporción ancho-alto, % de hueco en fachadas) como materiales (Transmitancia y masa de los cerramientos,% obstrucción solar del toldo). Los resultados reflejan reducciones de demanda entre el 18 y el 45% y una mayor importancia de las variables espaciales frente a las materiales. El % de hueco en fachada se muestra como parámetro de gran relevancia, en contraposición a la masa y la transmitancia. Se concluye que el análisis debe efectuarse considerando las dos fachadas urbanas en su totalidad, es decir, partiendo de una perspectiva urbana que trasciende de la escala local de edificio.