Microclima Urbano em Madrid

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Universidad Politécnica de Madrid 
Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid 
 
 
 
 
Titulo| El microclima urbano en los espacios 
abiertos. Estudio de casos en Madrid. 
 
 
 
 
 
Tesis Doctoral 
Irina TUMINI 
Arquitecto – Ingeniero 
 
2012 
 
 
 
 
Departamento de Urbanismo y Ordenación del Territorio 
Escuela Técnica Superior de Arquitectura - Universidad Politécnica de Madrid 
 
 
 
 
Titulo| El microclima urbano en los espacios 
abiertos. Estudio de casos en Madrid. 
 
 
 
 
Irina TUMINI 
Arquitecto – Ingeniero 
 
 
Directora de investigación: Prof. Ester HIGUERAS GARCIA, Arquitecto 
 
2012 
 
 
 
I r i n a T u m i n i 
 
Agradecimientos 
Esta tesis no hubiera sido posible sin la colaboración y apoyo de muchas 
personas que quiero agradecer. En primer lugar a la directora de mi tesis de 
doctorado la Profesora Ester Higueras García por haberme apoyado y guiado 
durante todas las etapas de la investigación. En particular agradecerle los 
rigurosos comentarios, la dedicación constante y por haber dirigido de forma 
impecable la investigación ayudándome a superar los varios problemas 
encontrado durante este intenso proceso de desarrollo. 
En segundo lugar quería agradecer al Profesor Paolo Principi de la Universitá 
Politecnica delle Marche, Ancona, Italia que ha sido responsable de la 
investigación durante los meses de estancia en su Departamento. Su apoyo ha 
sido fundamental en el entendimiento de los procesos de intercambio de calor en 
el espacio urbano y la interpretación de los resultados de la simulación. 
Al Profesor Manuel Macías Miranda que, antes como director de la investigación 
en la regionalización de la herramienta SBTool y después como director del 
Equipo Técnico de GBC-España, ha sido la persona que me ha introducido en el 
mundo de la investigación y de la sostenibilidad en la edificación y en el 
urbanismo, una guía constante y siempre disponible en resolver mis dudas en los 
temas energéticos y metodológicos. 
A las investigadoras del grupo ABIO de la Universidad Politécnica de Madrid 
Nagore y Sofía y a su director el Profesor Javier Neila Gonzalez, por haberme 
prestado e instruido al manejo de los equipos para las mediciones de campo. 
Quiero agradecer también a los expertos revisores del documento final de tesis: al 
Profesor José Fariña Tojo por sus observaciones que han servido sin dudas a 
aclarar la exposición del problema tratado. A la Doctora Lucía Mejia Dorante que 
en esto años ha sido una modelo como investigadora y una asesora siempre 
disponible en aconsejarme en mi carrera y en mi trabajo. Al Doctor Roberto 
Fioretti, por las interesantes discusiones conceptuales sobre el uso de los 
sistemas de simulación. 
Este trabajo de tesis doctoral ha sido realizado dentro del marco del proyecto de 
investigación ECOURBAN – “Metodología para la Evaluación del Impacto 
Energético y Medioambiental en el Ecodiseño de Urbanizaciones” cofinanciado 
por el Ministerio de Ciencia e Innovación dentro del Plan Nacional de investigación 
de I+D+i 2008-2011 – Numero de Referencia ENE2010-19850. De los 
 
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investigadores de este proyecto recordar en especial a Ignacio Zabalza por su 
disponibilidad en resolver mis dudas y facilitarme los recursos necesarios. 
También agradecer la Agencia Nacional de Meteorología AEmet y el la oficina del 
Sistema de control de Calidad del Aire de Madrid, que han proporcionado los 
datos meteorológicos empleados en este trabajo de doctorado. 
Un gracias muy especial a Raquel Diez Abarca que ha tenido la paciencia de 
corregir todas mis faltas del idioma español, a las compañeras de GBCe para la 
impresión de la tesis y a mis compañeras de doctorado con las que he compartido 
muchas luchas dentro y fuera de la Universidad. 
En fin a mi familia, mis padres y mi hermana Laura que han sido los que en todos 
estos años me han apoyado, soportado y apostado por mí y por carrera, dándome 
el cariño y la fuerza para seguir adelante en la difícil tarea del estudio y de la 
investigación. 
 
 
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A mis Padres 
Ai miei Genitori 
 
I 
 
Índice 
INTRODUCCIÓN 
1. Introducción .......................................................................................................... 1 
Alcance de la tesis ....................................................................................................... 1 
Presentación del problema.......................................................................................... 3 
Objetivos ....................................................................................................................... 9 
Objetivo general ........................................................................................................... 9 
Objetivos específicos ................................................................................................... 9 
Hipótesis de la tesis ................................................................................................... 10 
Metodología de investigación .................................................................................... 11 
PARTE I –Marco conceptual y Corpus Teórico 
2. ciudad sostenible y Microclima ......................................................................... 15 
Ciudades in-sostenibles ............................................................................................. 16 
Ocupación del suelo ................................................................................................... 18 
El agua ........................................................................................................................ 19 
Agotamiento de materiales ....................................................................................... 19 
La energía ................................................................................................................... 19 
Las emisiones ............................................................................................................. 20 
La inequidad ............................................................................................................... 20 
La situación en España .............................................................................................. 20 
La calidad ambiental de la ciudad ............................................................................ 23 
El espacio público ciudadano .................................................................................... 24 
La rehabilitación urbana ............................................................................................ 27 
La rehabilitación urbana: una apuesta para la sostenibilidad ................................ 27 
Políticas de rehabilitación urbana en Europa y en España ..................................... 28 
El clima urbano ........................................................................................................... 33 
La isla de calor urbana .............................................................................................. 35 
Efectos producidos por el microclima en el entorno urbano .................................. 39 
Consumo energético .................................................................................................. 40 
Contaminación y efecto sobre la salud ..................................................................... 42 
Uso de los espacios exteriores .................................................................................. 45 
Microclima y diseño de la ciudad .............................................................................. 47 
Materiales de acabado .............................................................................................. 49 
La reducción de la vegetación en la ciudad .............................................................50 
El calor antropogénico ............................................................................................... 50 
II 
 
Estrategias para contrarrestar el efecto isla de calor y mejorar el microclima urbano 51 
a) Uso de la vegetación .......................................................................................... 52 
b) Selección de los materiales ............................................................................... 56 
3. El confort en los espacios urbanos ................................................................... 63 
El concepto de confort térmico ................................................................................. 63 
La medida del confort ................................................................................................ 72 
El confort térmico en los espacios urbanos ............................................................. 78 
Adaptación .................................................................................................................. 80 
Descripción de los modelos de estudio .................................................................... 83 
Modelo de adaptación fisiológica – UTCI ................................................................. 84 
Modelo de adaptación psicológica – ASV ................................................................. 91 
Definición del índice de confort para el caso de Madrid ......................................... 93 
Fase I – Simulación climática del caso de estudio .................................................. 94 
Fase II – Cálculo del índice de confort ...................................................................... 97 
Fase III – Comparación entre índices ..................................................................... 104 
Conclusiones parciales ............................................................................................ 106 
4. metodología de estudio del microclima urbano ............................................. 108 
Aproximación al estudio del efecto de la isla de calor urbana .............................. 109 
Enfoque experimental .............................................................................................. 111 
Modelos matemáticos ............................................................................................. 114 
El cálculo del clima urbano ...................................................................................... 116 
El intercambio radioactivo ....................................................................................... 117 
Estudio del cañón ..................................................................................................... 123 
Modelo del flujo atmosférico ................................................................................... 127 
Modelos para la simulación de los efectos de la vegetación ................................ 131 
Modelo del Cluster Thermal Time Costant (CTTC) .................................................. 134 
Herramientas de cálculo .......................................................................................... 137 
La herramienta ENVI-met 3.1 .................................................................................. 146 
Datos de input .......................................................................................................... 148 
Bases de datos ......................................................................................................... 151 
Modelo de turbulencia ............................................................................................. 153 
Conclusiones del capitulo ........................................................................................ 155 
Parte II – Desarrollo experimental 
5. CASOS DE ESTUDIO .......................................................................................... 157 
Aproximación al lugar de estudio-la ciudad de Madrid .......................................... 157 
El clima de Madrid ................................................................................................... 157 
III 
 
La tipología residencial de la periferia de Madrid .................................................. 163 
El distrito de Moratalaz - Madrid ............................................................................. 168 
Descripción de los casos de estudio ....................................................................... 173 
Caracterización de las áreas ................................................................................... 179 
Morfología urbana .................................................................................................... 180 
Biodiversidad ............................................................................................................ 181 
Espacio publico ........................................................................................................ 182 
Conclusiones parciales: caracterización y diagnosis de las áreas de estudio ..... 183 
6. APLICACIÓN DE LA TÉCNICA DE EVALUACIÓN ................................................ 185 
Diseño de la metodología de investigación ............................................................ 185 
Campaña de mediciones en situ ............................................................................. 188 
Realización del modelo 3D con ENVImet ............................................................... 195 
Modelo geométrico 3D ............................................................................................ 197 
Datos meteorológicos de partida ............................................................................ 199 
Simulación del modelo ............................................................................................ 201 
Validación del modelo de cálculo ............................................................................ 204 
Realización del modelo con ECOTECT .................................................................... 206 
Conclusiones Parciales ............................................................................................ 210 
7. ESTUDIO PARAMETRICO .................................................................................. 212 
Comportamiento microclimatico de los casos de estudio ..................................... 213 
Comparación entre los tres casos de estudio ........................................................ 224 
Estudio de la radiación solar con ECOTECT2010 .................................................. 227 
Realización de los escenarios de proyecto ............................................................. 233 
Resultados de los escenarios de proyecto ............................................................. 241 
Presentación de los resultados ............................................................................... 241 
Comparación entre los escenarios ......................................................................... 242 
Conclusiones del capitulo ........................................................................................ 245 
Parte III - Conclusiones 
8. CONCLUSIONS .................................................................................................. 247 
Conceptual framework ............................................................................................. 247 
Proof of Thesis hypothesis ....................................................................................... 248 
Research Methodology ............................................................................................ 249 
Selection and analysis of the cases study .............................................................. 250 
Use of numerical method ........................................................................................ 253 
Description of simulation model .............................................................................254 
Simulation Results ................................................................................................... 256 
IV 
 
Case study Simulation ............................................................................................. 256 
Validation of the simulation model ......................................................................... 258 
Discussion of Cases Study Analysis ........................................................................ 259 
Results of scenarios simulation .............................................................................. 266 
Discussion of Scenarios Simulation Result ............................................................ 268 
Conclusion ................................................................................................................ 275 
Recommendations for further work ........................................................................ 281 
Anexo I .............................................................................................................................. 
Annex II ............................................................................................................................ 
Annex III ........................................................................................................................... 
Apendice .......................................................................................................................... 
 
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V 
 
Key words: 
Urban Space, Outdoor Comfort, Microclimate, Urban simulation, 3D models. 
Resumen: 
El microclima urbano juega un rol importante en el consumo energético de los 
edificios y en las sensaciones de confort en los espacios exteriores. La urgente 
necesidad de aumentar la eficiencia energética, reducir las emisiones de los 
contaminantes y paliar la evidente falta de sostenibilidad que afecta a las 
ciudades, ha puesto la atención en el urbanismo bioclimático como referente para 
una propuesta de cambio en la forma de diseñar y vivir la ciudad. 
Hasta ahora las investigaciones en temas de microclima y eficiencia energética se 
han concentrado principalmente en como orientar el diseño de nuevos desarrollo. 
Sin embargo los principales problemas de la insostenibilidad de las actuales 
conurbaciones son el resultado del modelo de crecimiento especulativo y 
altamente agotador de recursos que han caracterizado el boom inmobiliario de 
las últimas décadas. Vemos entonces, tanto en España como en el resto de los 
Países Europeos, la necesidad de reorientar el sector de la construcción hacía la 
rehabilitación del espacio construido, como una alternativa capaz de dar una 
solución más sostenible para el mercado inmobiliario. 
En este propósito de mejorar la calidad de las ciudades actuales, el espacio 
público juega un papel fundamental, sobre todo como lugar para el encuentro y la 
socialización entre los ciudadanos. La sensación térmica condiciona la percepción 
de un ambiente, así que el microclima puede ser determinante para el éxito o el 
fracaso de un espacio urbano. Se plantea entonces cómo principal objetivo de la 
investigación, la definición de estrategias para el diseño bioclimático de los 
entornos urbanos construidos, fundamentados en las componentes 
morfotipológica, climática y de los requerimientos de confort para los ciudadanos. 
Como ulterior elemento de novedad se decide estudiar la rehabilitación de los 
barrios de construcción de mediado del siglo XX, que en muchos casos 
constituyen bolsas de degrado en la extendida periferia de las ciudades 
modernas. 
La metodología empleada para la investigación se basa en la evaluación de las 
condiciones climáticas y de confort térmico de diferentes escenarios de proyecto, 
aplicados a tres casos de estudio situados en un barrio periurbano de la ciudad 
de Madrid. Para la determinación de los parámetros climáticos se han empleado 
valores obtenidos con un proceso de simulación computarizada, basados en los 
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VI 
 
principios de fluidodinámica, termodinámica y del intercambio radioactivo en el 
espacio construido. 
A través de uso de programas de simulación podemos hacer una previsión de las 
condiciones microclimáticas de las situaciones actuales y de los efectos de la 
aplicación de medidas. La gran ventaja en el uso de sistemas de cálculo es que se 
pueden evaluar diferentes escenarios de proyecto y elegir entre ellos el que 
asegura mejores prestaciones ambientales. Los resultados obtenidos en los 
diferentes escenarios han sido comparados con los valores de confort del estado 
actual, utilizando como indicador de la sensación térmica el índice UTCI. El 
análisis comparativo ha permitido la realización de una tabla de resumen donde 
se muestra la evaluación de las diferentes soluciones de rehabilitación. 
Se ha podido así demostrar que no existe una solución constructiva eficaz para 
todas las aplicaciones, sino que cada situación debe ser estudiada 
individualmente, aplicando caso por caso las medidas más oportunas. Si bien los 
sistemas de simulación computarizada pueden suponer un importante apoyo para 
la fase de diseño, es responsabilidad del proyectista emplear las herramientas 
más adecuadas en cada fase y elegir las soluciones más oportunas para cumplir 
con los objetivos del proyecto. 
Abstract: 
The urban microclimate plays an important role on buildings energy consumption 
and comfort sensation in exterior spaces. Nowadays, cities need to increase 
energy efficiency, reduce the pollutants emissions and mitigate the evident lack of 
sustainability. In reason of this, attention has focused on the bioclimatic urbanism 
as a reference of change proposal of the way to design and live the city. 
Hitherto, the researches on microclimate and energy efficiency have mainly 
concentrated on guiding the design of new constructions. However the main 
problems of unsustainability of existing conurbations are the result of the growth 
model highly speculative and responsible of resources depletion that have 
characterized the real estate boom of recent decades. In Spain and other 
European countries, become define the need to redirect the construction sector 
towards urban refurbishment. This alternative is a more sustainable development 
model and is able to provide a solution for the real estate sector. 
In order to improve the quality of today's cities, the public space plays a key role, 
especially in order to provide to citizens places for meeting and socializing. The 
thermal sensation affects the environment perception, so microclimate conditions 
can be decisive for the success or failure of urban space. For this reasons, the 
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VII 
 
main objective of this work is focused on the definition of bioclimatic strategies for 
existing urban spaces, based on the morpho-typological components, climate and 
comfort requirements for citizens. As novelty element, the regeneration of 
neighborhoods built in middle of the twentieth century has been studied, because 
are the major extended in periphery of modern cities and, in many cases, they 
represent deprived areas. 
The research methodology is based on the evaluation of climatic conditions and 
thermal comfort of different project scenarios, applied to three case studies 
located in a suburban neighborhood of Madrid. The climatic parameters have 
been obtained by computer simulation process, based on fluid dynamics, 
thermodynamics and radioactive exchange in urban environment using numerical 
approach. 
The great advantagein the use of computing systems is the capacity for evaluate 
different project scenarios. The results in the different scenarios were compared 
with the comfort value obtained in the current state, using the UTCI index as 
indicator of thermal sensation. Finally, an abacus of the thermal comfort 
improvement obtained by different countermeasures has been performed. 
One of the major achievement of doctoral work is the demonstration of there are 
not any design solution suitable for different cases. Each situation should be 
analyzed and specific design measures should be proposed. Computer simulation 
systems can be a significant support and help the designer in the decision making 
phase. However, the election of the most suitable tools and the appropriate 
solutions for each case is designer responsibility. 
 
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I r i n a T u m i n i 1 | P á g i n a 
 
1. INTRODUCCIÓN 
Alcance de la tesis 
La voluntad de estudiar los efectos producidos sobre el clima y el ambiente por el 
entorno urbano han sido los elementos que han motivado desde el principio el 
recorrido de investigación de la tesis doctoral. La urgente necesidad de aumentar 
la eficiencia energética, reducir las emisiones de los contaminantes y paliar la 
evidente falta de sostenibilidad que afecta a las ciudades, ha dirigido la búsqueda 
hacía el análisis de los tres diferentes aspectos de la sostenibilidad: el ambiental, 
el económico y el social. Se ha observado entonces que la variación 
microclimática producida por el entorno urbano afecta de diferente manera a las 
tres esferas de la sostenibilidad: 
La medioambiental: las diferentes condiciones climáticas en el entorno urbano 
acentúan los problemas de contaminación del aire, especialmente la 
concentración de foto-oxidante1 en la atmosfera, afectan al balance hídrico y, 
sobre todo, es determinante en el aumento de consumo energético, y de 
consecuencia las emisiones de GEI2, debido a una mayor uso de los sistemas de 
climatización en los edificios. (Akbari, Pomerantz, & Taha, 2001; Santamouris, 
Asimakopoulos et al., 2001; Synnefa, Santamouris, & Akbari, 2007a) 
La económica: a mayor consumo energético corresponde un aumento del gasto 
económico, a lo que se añade una mayor inversión en equipos de climatización 
más potentes, la necesidad de aumentar la producción energética en las horas 
pico de consumo y los costes sanitarios inducidos por la contaminación del aire y 
el aumento de las temperaturas.(Akbari, Pomerantz, & Taha, 2001; Santamouris, 
Asimakopoulos et al., 2001; Synnefa, Santamouris, & Akbari, 2007a) 
 
1 Gases foto-oxidantes. Se consideran los Óxidos de Azoto, el monóxido de Azoto (NO) y el 
dióxido de Azoto (NO2) procedentes de los procesos de combustión de los combustibles 
fósiles. (http://www.oasi.ti.ch/web/?node=glossario) 
2 GEI. Gases de Efecto Invernadero. 
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2 | P á g i n a 
 
La social: las personas que viven en la ciudad están mayormente expuestas a los 
efectos negativos de la contaminación del aire y el aumento de temperatura 
puede afectar de forma grave a la salud las personas, hasta aumentar la 
probabilidad de muerte para los sujetos de mayor riesgo. Por otro lado, las malas 
condiciones climáticas afectan también al uso del espacio exterior y público, 
comprometiendo la frecuentación y la vitalidad del espacio público ciudadano 
(Nikolopoulou, Baker, & Steemers, 2001; Nikolopoulou, 2004; Nikolopoulou & 
Lykoudis, 2006; Smith & Levermore, 2008) 
El interés sobre este último punto es el que ha llevado a investigar cómo mejorar 
el espacio público urbano, entendiendo eso como principal soporte físico para el 
desarrollo social y la participación del individuo en la democracia de la ciudad. 
(Borja & Muxi, 2000; Rogers & Gumuchdjian, 2000) Vemos cómo en las 
ciudades modernas se va perdiendo el hábito de participar en la vida de la calle 
para ir hacía un modelo polarizado de colectivos segregados. Frente a este 
contexto de cambio, un espacio con condiciones térmicas no confortables o 
incluso perjudiciales para la salud de los usuarios no podrá dar respuesta al 
escenario de la vida pública de la ciudad. 
La observación de la realidad inmobiliaria y la actual crisis económica mundial 
han puesto en cuestión el modelo desarrollista, basado en la ocupación de suelo 
natural para realizar nuevas urbanizaciones. (Bruquetas Callejo, Fuentes, Javier, & 
Walliser Martínez, 2005; Fariña Tojo & Naredo, 2010; Naredo, 2003) 
Sin embargo sería mucho más útil actuar sobre lo que entendemos como ciudad 
consolidada3 (Bruquetas Callejo, Fuentes, Javier, & Walliser Martínez, 2005) 
, sobre todo en aquellos barrios que presentan condiciones de degrado físico y 
social, mejorando las condiciones de vida de los ciudadanos, la calidad del 
ambiente sin tener por ello que ocupar suelo natural. Por otro lado, desde 
diferentes partes se empieza a proponer la rehabilitación urbana como una 
alternativa para reorientar el sector de la construcción hacía modelos más 
sostenibles. Ejemplo de ello son serían España o el conjunto de los Países 
Europeos. (Cuchí & Sweatman, 2011; Fariña Tojo & Naredo, 2010; Valenzuela 
Rubio, 2009) La experiencia laboral en los sistemas de certificación 
ambiental, me ha dado la oportunidad de conocer en profundidad los procesos de 
evaluación entendiendo las oportunidades y las carencias que su aplicación 
ofrece. Los sistemas de evaluación, al igual que las guías y los manuales de 
 
3 Ciudad consolidada. Se entienden así las áreas urbanas tradicionales, multifuncionales y 
complejas. Normalmente este concepto se asocia a los cascos históricos, pero se puede 
considerar así también muchos de los barrios periféricos que han desarrollado una serie 
de actividades diversificadas, dotados de equipamientos mínimos y con un tejido social 
complejo. 
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I r i n a T u m i n i 3 | P á g i n a 
 
buenas prácticas, pueden ser una herramienta muy valiosa para soportar las 
fases de diseño y orientar los clientes en la compra o alquiler de un inmueble. Sin 
embargo muchos de los sistemas más empleados al mundo, proponen unos 
criterios de evaluación del diseño urbano pocos objetivos y que no tienen en 
cuenta las condiciones específicas del lugar de emplazamiento de las áreas 
objeto de estudio. En fase de diseño, esto puede dar lugar a incertidumbre y a la 
aplicación de medidas que no producen los resultados esperados o que incluso 
pueden ser contraproducentes o estériles. 
La voluntad de aclarar los mecanismos que se generan entre clima y espacio 
urbano, dando una información objetiva, capaz de orientar realmente los 
proyectistas en la selección de las estrategias, ha sido el elemento que ha guiado 
todo el desarrollo del trabajo de investigación. 
Por todas las razones expuestas se ha decidido estudiar el problema del clima 
urbano en los aspectos relativos al confort y al bienestar de los ciudadanos 
orientado hacia una mejora de los espacios públicos de la ciudad consolidada. 
Presentación del problema 
La ciudad actúa como un factor modificador importante del clima local y crea 
unas condiciones medioambientales concretas que podemos definir como 
microclimaurbano. Como ya estudió Oke (1978), el ambiente urbano muestra un 
comportamiento térmico diferente de los espacios rurales debido a la 
modificación de los componentes radiaoactivo, aerodinámico y a los efectos de la 
contaminación. En otras palabras, la diferencia de condiciones microclimáticas de 
los espacios urbanos frente a las de las zonas rurales es una de las 
consecuencias producidas por el conjunto urbano, constituido por edificios, calles 
y superficies pavimentadas. 
En los años ’70 del siglo XX, a raíz de la crisis energética4, junto con el auge de las 
fuentes renovables de energía, la arquitectura bioclimática, etc., se empezó a 
considerar el efecto que tiene el espacio construido sobre el medio natural con 
fines de reducción de la contaminación y conservación energética. Hoy en día, el 
 
4 Crisis energética del 1973. También conocida como primera crisis del petróleo, comenzó 
a raíz de la decisión de la Organización de Países Exportadores de Petróleo de no exportar 
a los países que habían apoyado a Israel en la guerra de Yom Kippur. El consecuente 
aumento del precio del petróleo, provocó un fuerte efecto inflacionista y la reducción de la 
actividad económica de los países afectados. En este momento se empezó a tomar 
conciencia de la importante dependencia del sistema productivo de los países 
industrializados de los recursos fósiles procedentes del exterior y se introdujeron una serie 
de medidas permanentes para reducir esta dependencia. (Blinder A.S. 1979) 
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c a s o s e n M a d r i d . 
 
4 | P á g i n a 
 
problema del efecto invernadero, los temas de la ecología y de la sostenibilidad 
de los espacios, hacen que esta línea de investigación en el campo de la 
arquitectura y del urbanismo sea relevante y propositiva. (A. L. Gómez, 1993; 
Steemers & Steane, 2004) 
Nunca antes en la historia las ciudades habían albergado una población de la 
magnitud actual. Entre 1950 y 1990 la población urbana mundial se ha 
multiplicado por diez, desde los 200 millones hasta más de 2000 (Population 
Reference Bureau, 2005). En Europa se estima que la población urbana crecerá 
del 73% del año 2000 al 80% en el 2030 (United Nations, 2005) y la temperatura 
aumentará entre 0,5-1ºC por década (Hulme et al., 2002; IPCC, 2007). Es por ello 
que el control de las condiciones microclimáticas urbanas es un elemento 
fundamental tanto para la eficiencia energética y la reducciones de las emisiones 
de las ciudades, como para garantizar espacios de vida confortables para sus 
ciudadanos. El futuro de la civilización está determinado por y en las ciudades 
(Rogers & Gumuchdjian, 2000) y es por eso que nos atrevemos a decir que las 
condiciones climáticas juegan un papel fundamental en la calidad de vida de los 
ciudadanos. (Kolokotroni & Giridharan, 2008; Rogers & Gumuchdjian, 2000; 
Smith & Levermore, 2008) 
Es aquí donde reside nuestra principal preocupación teórica y la razón por la que 
hemos generado esta investigación partiendo del concepto de microclima urbano 
como pivote. 
Los rasgos más sobresalientes del microclima urbano se manifiestan en i) un 
aumento de las temperaturas respecto al entorno rural próximo, ii) en la 
reducción de la amplitud térmica diaria, iii) en una peculiar distribución de los 
vientos de la ciudad como consecuencia de los rozamientos con los edificios y 
encauzamiento en las avenidas y iv) en un balance hídrico diferente a los 
existentes en los espacios extraurbanos (A. L. Gómez, 1993), T.R. Oke, 1987). Las 
causas que generan este fenómeno son complejas y están relacionadas con el 
balance energético en los espacios urbanos debido a: 
• la sustitución de las superficies vegetales por edificios y superficies 
impermeables como calles, plazas, etc.; 
• la diferente respuesta a la absorción de los rayos solares de los 
materiales de acabado, debidos a las características específicas de cada 
uno de ellos como la reflexión, la absorción y la inercia térmica; 
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• el calor generado por fuentes antropogénicas, como las industrias, los 
edificios y los coches; 
• la contaminación atmosférica. 
La intensidad de los efectos sobre el microclima urbano depende también de 
otros factores como el tamaño y morfología urbana, la topografía, las actividades 
antrópicas y las características climáticas como el viento, la temperatura, la 
inversión térmica, etc.(Ellis Aronin, 1927; Fariña Tojo, 2007; Givoni, 1998; A. L. 
Gómez, 1993; Santamouris, Asimakopoulos et al., 2001). 
El clima urbano se define en términos de comparación con su entorno rural y es a 
partir de las diferencias que se registran con este que podemos caracterizar el 
comportamiento de la ciudad, aunque cada ciudad conserve las condiciones 
climáticas características de la región en la que se asiente. Sin embargo, en una 
misma ciudad encontramos una gran diversidad de matices. Eso es consecuencia 
de la heterogeneidad en la morfología y estructuras de los espacios construidos, 
que nos lleva a un análisis a escala local que corresponden a pequeños espacios 
y edificios (Cardenas Jiron, 2010). 
Uno de los principales fenómenos en que se manifiesta la variación 
microclimática es el efecto Isla de Calor Urbana (ICU), (A. L. Gómez, 1993; T. R. 
Oke, 1988a; E. Wong, 2007)que asume un carácter de mayor relevancia en los 
climas caracterizados por veranos calurosos y secos, como el caso de Madrid 
(España). 
En estos casos una de las principales consecuencias es el aumento del consumo 
energético de los edificios para la refrigeración en verano. (Kolokotroni & 
Giridharan, 2008; K. Niachou, Livada, & Santamouris, 2008; Santamouris, 
Papanikolaou et al., 2001) 
El problema del consumo energético para la refrigeración de los edificios en los 
climas cálidos es muy importante. En las últimas décadas el consumo para la 
refrigeración se ha disparado (A. Synnefa, 2007), sobre todo en las ciudades 
europeas. Si se tiene en cuenta que los sistemas de aire acondicionados usan 
energía eléctrica, eso además de traducirse en aumento de las emisiones de 
gases efecto invernadero, de los contaminantes como dióxidos de sulfuros, 
monóxido de carbono, los NOx y las partículas volátiles producidos por la plantas 
de generación, crea importantes problemas en el suministro de energético. En los 
veranos más calurosos se han presentado repetidos cortes de suministro 
energéticos (blackout) debido a la enorme demanda energética en las horas 
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pico.(Santamouris, Papanikolaou et al., 2001; Smith & Levermore, 2008; Synnefa, 
Santamouris, & Akbari, 2007b) 
El aumento de la temperatura favorece la formación del ozono troposférico (O3) 
que se produce por la reacción de diferentes contaminantes bajo el efecto de los 
rayos solares. La formación de este contaminante, denominado smog 
fotoquímico, muy perjudicial para la salud del hombre y de las plantas, es mayor 
en los meses de veranos y en las horas de mayor soleamiento.(Polidori, 2006) 
Las condiciones ambientales impuestas a los usuarios de un espacio, pueden 
mejorar o empeorar la experiencia y el uso que se hace del mismo. La mejora de 
la calidad ambiental y social de una ciudad se puede obtener promoviendo el uso 
y la revitalización de los espacios exteriores, fortaleciendo las relaciones social 
entre los ciudadanos mediante espaciosadecuados a las dinámicas de 
interacción. ((Torres Pérez, 2002); Nikolopoulou and Steemers 2003). 
Jan Gehl (1987) afirma que el bienestar de los espacios depende de la protección 
ofrecida a las condiciones climáticas negativas y la exposición a las positivas. 
Asimismo, Ralph Erskine (1988) define los espacios sociales como el lugar para el 
desarrollo de las actividades espontaneas fuertemente influenciado por las 
condiciones climáticas y Finnish Reima Pietila (1988) habla de la arquitectura y el 
clima como una “pareja dinámica”.(Nikolopoulou, Baker, & Steemers, 2001) 
Las investigaciones realizadas demuestran la estrecha relación que tiene el 
microclima urbano con la sensación de bienestar térmico de los usuarios. Aunque 
se demuestra que las condiciones de confort varían con la función metabólica, el 
grado de vestimenta y la adaptación fisiológica al entorno, las condiciones 
exteriores afectan significativamente el uso de los espacios ciudadanos. 
Temperatura, grado de humedad, exposición a los vientos, luminosidad e 
intensidad de los rayos solares son los principales factores que condicionan la 
calidad térmica de los espacios urbano (Fiala et al. 2011, Jendritzky, de Dear and 
Havenith 2011, Nikolopoulou and Lykoudis 2007, Tseliou et al. 2010). 
Si bien la percepción de un espacio no dependa solamente de las condiciones 
ambientales, la sensación térmica es uno de los factores que influye en la 
decisión de permanecer o no en él. Se puede entonces arriesgar la conclusión 
que el éxito o el fracaso de un entorno urbano depende también de sus 
condiciones climáticas. (IDAE-Instituto Para la Diversificación y Ahorro de la 
Energía, 2000; Matzarakis, Rutz, & Mayer, 2007; Nikolopoulou, Baker, & 
Steemers, 2001; Nikolopoulou & Lykoudis, 2006; Nikolopoulou & Lykoudis, 2007) 
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Como bien define Borja J. (2000) el espacio público no es el espacio residual 
entre edificios y calles, sino que es a la vez espacio físico, simbólico de la cultura 
urbana y de la ciudadanía. La ciudad es un lugar donde se juntan muchas 
personas, la concentración de puntos de encuentro. El espacio público es la 
materialización de este significado. No es un caso que la calidad de una ciudad se 
mida a través de la calidad de su espacio público, ya que es un lugar privilegiado 
de la política urbanística para producir centralidades, para reconectar tejidos, 
para dar sentido a las infraestructuras, en resumen, para hacer de un conjunto 
urbano una ciudad. 
En el diseño de una ciudad se debería promover las operaciones dirigidas a 
limitar la formación de guetos, garantizar la polivalencia, la mezcla y la visibilidad 
de cada zona de la ciudad. El espacio público es el lugar donde se desenvuelve la 
vida política y por eso debe asegurar la fundamental mezcla social, la 
accesibilidad y la igualdad de apropiación por parte de los diferentes colectivos 
culturales, de género y de edad. (Borja & Muxi, 2000; Rogers & Gumuchdjian, 
2000) 
“El derecho al espacio público es en la última instancia el derecho a ejercer como 
ciudadano que tiene todos los que viven y que quieren vivir en las 
ciudades”.(Borja & Muxi, 2000) 
Con esta frase se resume el papel fundamental de la vitalidad del espacio público 
para la cohesión social, la complejidad cultural y la gobernabilidad de las 
ciudades. La ciudad es el lugar donde se optimizan las oportunidades de 
contacto, que multiplica los espacios de encuentro y apuesta por la mezcla 
funcional y social.(Borja & Muxi, 2000) 
Si el futuro de la civilización depende de las ciudades, el espacio público es el 
campo de juego donde medir la calidad ambiental, la cohesión social y la vitalidad 
económica de estas. (Fariña Tojo, 2007; Naredo, 2003; Rogers & Gumuchdjian, 
2000) 
De acuerdo con la filosofía “Think global, Act Local”5, en el este trabajo se 
propone tratar un problema global como la calidad de nuestras ciudades 
actuando en la dimensión de barrio, siempre atendiendo a la necesidad de 
mejorar la sostenibilidad (habitabilidad) local sin provocar un ulterior detrimento 
de la global. (Naredo & Rueda, 1997) 
 
5 Think global, Act Local. Piensa global, actual local. 
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8 | P á g i n a 
 
Las ciudades de hoy en día son organismos muy complejos en lo que realizar un 
rediseño global es casi impensable. Por otro lado plantear actuaciones de 
modificación y mejora a la micro-escala, enmarcadas en un proyecto general, 
puede ser una opción practicable para mejorar su calidad. 
Todos los trabajos consultados se centran en la definición de medidas y modelos 
para los nuevos desarrollos urbanos, sin embargo en los países europeos, y en 
especial en España, el patrimonio inmobiliario existente es suficiente, sino incluso 
sobreabundante, con lo que la atención de los urbanistas, arquitectos y 
administradores debe orientarse más hacía la sostenibilidad de los espacios 
construidos que en los nuevos desarrollos. Aparece entonces la rehabilitación del 
patrimonio urbano construido como objetivo principal para reconducir la 
tendencia actual de una construcción masiva hacía modelos de ciudad, con 
menores daños económicos, sociales y medioambientales, en otras palabras más 
sostenible. (Fariña Tojo & Naredo, 2010; Rueda, 2006a) 
La voluntad de optar para una aplicación de la investigación los espacios urbanos 
construidos, atiende a la exigencia de proponer un nuevo modelo de desarrollo 
medioambientalmente, socialmente y económicamente más sostenible. 
Medioambiental porque no cabe duda que la ocupación de suelo por la 
edificación es la primera causa de la pérdida de biodiversidad y de reducción de 
espacios naturales en España por lo que la única opción para reducir, o por lo 
menos no aumentar la presión de la ciudad sobre el territorio pasa por non 
ocupar ulteriormente suelo vírgenes. (Bettini, 1998; de la Cruz Mera, Ángela, 
2010; Europea, 1991; Fariña Tojo, 2003b; Fariña Tojo & Naredo, 2010; Jiménez 
Herrero, 2011; Naredo & Rueda, 1997; Rueda, 2006a; Valenzuela Rubio, 2009) 
En el panorama actual de crisis económica, en especial del sector inmobiliario en 
España, no es pensable proponer ulteriores modelos de crecimiento edificatorio. 
Tanto la administración como los agentes económicos, prospectan un cambio 
estructural necesario para la sobrevivencia del sector hacía una reconversión a la 
rehabilitación del existente, trabajando en el desarrollo de nuevas herramientas 
de financiación y de planificación que promuevan este cambio. (Cuchí & 
Sweatman, 2011; de la Cruz Mera, Ángela, 2010; Fariña Tojo & Naredo, 2010) 
Finalmente, pero no por eso menos importante, es el aspecto social que en la 
rehabilitación involucra la tutela de los ciudadanos, la mejora de las condiciones 
ambientales y el mantenimiento de los valores culturales y del tejido social. La 
ciudad es algo más que un conjunto de edificios y calles, es el conjunto de valore, 
culturas, iniciativas, relaciones y actividades que los ciudadanos desarrollan en él. 
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La preservación de estos valores pasa también por el mantenimientodel 
“contenedor”, del espacio público como escenario de la vida en la ciudad. 
(Bruquetas Callejo, Fuentes, Javier, & Walliser Martínez, 2005; Rogers & 
Gumuchdjian, 2000) 
También el concepto de ecocity y ecobarrios6, normalmente asociado a los 
proyectos de nueva edificación, se reorienta hacía la mejora de los espacios 
urbanos existentes. De hecho las ecociudades y ecobarrios de nueva construcción 
no dejan de ser ejemplos aislados y excepcionales; de gran calidad 
medioambiental y eficiencia en el uso de recursos, pero que no han incidido 
significativamente en el modelo de desarrollo urbano. En la mayoría de los casos 
el resultado ha sido la realización de barrios eficientes en los aspectos 
ambientales, pero con carencia en la complejidad social y económica: barrios 
residenciales monofuncionales donde no se ha desarrollado ningún tejido 
económico ni complejidad social. En cambio la ciudad construida es una ciudad 
compleja, donde hay diversidad de funciones y un substrato social consolidado. 
(Cuchí & Sweatman, 2011; Fariña Tojo & Naredo, 2010; Valenzuela Rubio, 2009) 
Objetivos 
O b j e t i vo g enera l 
Proponer estrategias para el diseño bioclimático de los espacios urbanos 
exteriores para el clima Templado-seco (Köppen), aplicable a los proyectos de 
rehabilitación de los barrios existentes, fundamentado en el estudio de las 
componentes morfotipológicas y climática del entorno, de los requerimientos de 
confort, de ahorro energético y de los enfoques referenciales sostenibles 
considerados para el estudio. 
O b j e t i vos es p e c í f i cos 
1. Analizar los espacios urbanos según los aspectos físico-ambientales a 
través de un sistema de indicadores que permita caracterizar y calificar 
las áreas de estudio. Dichos indicadores deben ser capaces de describir la 
situación actual y, de alguna forma dirigir las intervenciones de 
rehabilitación. 
 
6Ecocity y ecobarrios. Como define Fariña (2008) en su blog, no existe una definición 
exacta, si no más bien una “idea” relacionada al sufijo eco- que está a indicar todas 
aquellas actuaciones realizadas teniendo en cuenta los aspectos medioambientales y de 
la sostenibilidad. Todos los autores parecen coincidir en los objetivos de diseñar entornos 
urbanos más eficientes, con una menor huela ecológica, en equilibrio con su entorno 
natural, económicamente y socialmente más equitativo. (UK Government, 2011); Fariña 
Tojo, 2008; Verdaguer Viana-Cárdenas 2010) 
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10 | P á g i n a 
 
2. Definir unos indicadores de análisis de los aspectos microclimatico del 
espacio, capaces de relacionar las condiciones ambientales con el confort 
de los usuarios, con el fin de establecer unos rangos mínimos de calidad. 
3. Buscar una metodología de cálculo capaz de evaluar la calidad 
microclimatica del espacio público de forma objetiva y repetible a otros 
casos y a otros lugares. 
4. Definir las directrices para la rehabilitación de los espacios construidos de 
la ciudad del siglo XXI, en la óptica de la mejora microclimática y 
ambiental de los conjuntos urbanos, aplicables a los climas templados-
cálidos a través de la comparación de escenarios. 
5. Evaluar software específicos para la simulación de los fenómenos 
climáticos que se producen en el espacio urbano exterior, resaltando sus 
ventajas y limitaciones. 
Hipótesis de la tesis 
Los espacios abiertos con diferentes características de diseño, morfológicas y de 
uso de suelo, varían en su comportamiento microclimático. La variación de estos 
parámetros influye en la respuesta climática del medio, afectando a la eficiencia 
energética del conjunto construido y a las condiciones de bienestar de los 
ocupantes. 
Si es verdad que los conjuntos construidos modifican las condiciones climáticas, 
la primera hipótesis de la investigación es que podemos asociar la entidad del 
microclima a las características del espacio urbano, en otras palabras encontrar 
un patrón microclimático característico para la tipología de tejido. 
Para este trabajo se van a considerar sólo dos tipologías de tejidos la de bloque 
abierto y la de edificios en manzana cerrada. Se limita la investigación a estas dos 
tipologías urbanas porque recogen las mayorías de las actuaciones realizadas en 
Madrid en el siglo XX. Dentro de estas dos tipologías podemos encontrar muchas 
diferencias por lo que corresponde a la altura de los edificios, anchuras de calle, 
orientación, etc. y que influyen directamente en la formación del microclima. 
En la comprobación de la hipótesis inicial se deberán establecer los parámetros 
climáticos de estudio (temperatura, humedad relativa, velocidad del viento etc.) y 
evaluar si los casos de estudio seleccionados muestran condiciones diferentes 
cuantificables. 
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I r i n a T u m i n i 11 | P á g i n a 
 
Además de afectar la eficiencia energética, las condiciones microclimáticas 
influyen directamente en el bienestar térmico de los ocupantes, así que la 
segunda pregunta es: 
¿Cómo afecta la variación del microclima urbano en el bienestar térmico de los 
ocupantes y, en consecuencia, en el uso de los espacios exteriores? 
Diseñar espacios exteriores atractivos y confortables es uno de los retos para 
mejorar la calidad de vida en las ciudades y disminuir los efectos negativos de la 
urbanización. La variación de temperatura, ventilación y humedad pueden 
provocar condiciones de disconfort tanto en los espacios interiores como en los 
exteriores. 
Espacios demasiados soleados y calurosos son abandonados por los usuarios 
que buscarán en otros sitios, a lo mejor interiores y dotados de sistemas de 
refrigeración, para su ocio y descanso. Calles y plazas vacías, además de 
perjudicar la calidad urbana, crean problemas a la economía de los comercios 
que desarrollan sus actividades en la ciudad. De aquí la creciente importancia 
que se ha puesto en las investigaciones reciente en buscar medidas para diseñar 
espacios confortables también en relación a las condiciones térmicas. 
La demostración de las primeras dos hipótesis lleva a la formulación de la tercera 
que es que podemos modificar el entorno urbano de forma de crear condiciones 
microclimáticas favorables al confort térmico de los ciudadanos en el espacio 
público. Efectos como la modificación de los vientos o la formación de la isla de 
calor urbana, como se explicará en el cuerpo teórico, dependen de muchos 
factores entre ellos la orografía del terreno, la cercanía a ríos, la inversión térmica 
y muchos otros que se escapan del control y de la posibilidad de actuar del 
proyectista. Sin embargo a nivel de microescala el uso de la vegetación, de los 
materiales de acabado superficial o la colocación de los sistemas de protección 
pueden modificar la sensación térmica. Si se pudieran prever con antelación los 
efectos producidos por diferentes soluciones de diseño, los proyectistas podrían 
aplicar las que más responden a los requisitos de calidad ambiental y 
sostenibilidad. 
Metodología de investigación 
El diseño de la investigación se presenta en un proceso consecuencial de etapas 
que conducen a la demostración de las hipótesis iniciales y a alcanzar los 
objetivos prefijados. 
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12 | P á g i n a 
 
El proceso se inicia con la observación del comportamiento térmico del 
microespacio urbano, con particular referencia al fenómeno de la isla de calor 
urbana, de cómoeso influye en el consumo energético, afecta el confort de las 
personas y en consecuencia el uso del espacio exterior. Se procede a realizar una 
revisión de la literatura existente, trabajos empíricos y teóricos, realizados en 
España y en otros países, para conocer el estado del arte en relación a los 
avances en la definición de los fenómenos urbanos a nivel de mesoescala (isla de 
calor) y de microescala (microclima). De dicha revisión se pudo observar que el 
problema de la isla de calor urbana, de su efecto en el consumo energético y en el 
bienestar de las personas, es un tema objeto de investigación desde hace 
muchos años. No obstante existen todavía muchos nichos de conocimiento 
insuficientes en relación a la capacidad de previsión y cálculo del comportamiento 
energético de los espacios urbanos. La posibilidad de actuar en los espacios 
construidos para mejorar su comportamiento térmico es un argumento casi 
inexplorado ya que la mayoría de las investigaciones, medidas y guías se 
concentran en el diseño de nuevos desarrollos. 
Se decide estudiar el problema de forma empírica y analítica a través del análisis 
de casos de estudio reales localizados en Madrid. El estudio empírico se ha 
llevado a cabo a través de la realización de una campaña de medición in situ de 
las condiciones climáticas de los casos estudio con el auxilio de equipos 
manuales y la revisión de los datos registrados por las estaciones meteorológicas 
fijas del Sistema Integral de Calidad de Aire de Madrid (SIM) y de la Agencia de 
Meteorología Española (AEmet). El estudio analítico se ha realizado calculando las 
condiciones climáticas de las áreas empleando software de simulación 3D. (Ali-
Toudert & Mayer, 2006; Bruse & Fleer, 1998; Mirzaei & Haghighat, 2010; 
Robinson, 2011) Para la elección del software más oportuno se realizó una 
revisión de las herramientas disponibles y de los sistemas de cálculo existentes, 
de su fiabilidad, de las capacidades del software y de los output obtenidos. 
La campaña de mediciones se ha llevado a cabo durante 3 días enteros de 9,00 
horas a las 21,00 horas, con medidas puntuales a intervalos de 3 horas. Los 
parámetros climáticos obtenidos en el levantamiento in situ han sido la 
temperatura del aire y la humedad relativa, mientras que se han obtenidos de las 
estaciones meteorológicas los valores de temperatura del aire, velocidad del 
viento, humedad relativa y radiación solar. 
Uno de los principales objetivos personales en emprender el trabajo de 
investigación era estudiar el confort de las personas y enfocar el problema del 
microclima y de la isla de calor urbana en el bienestar térmico de las personas en 
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I r i n a T u m i n i 13 | P á g i n a 
 
el espacio abierto. Por esta razón fue de fundamental importancia definir el índice 
de confort térmico más adecuado para los espacios abiertos, aplicable a la ciudad 
de Madrid y obtenibles a través los parámetros climáticos. La selección del índice 
ha influido también en la elección del sistema de cálculo, ya que este debía de ser 
capaz de proporcionar los output necesarios para su determinación. 
Se realizó una revisión del estado del arte de los índices de confort más 
empleados para describir el bienestar térmico de las personas en espacios 
exteriores, y después de realizar un estudio empírico sobre diferentes sistemas se 
eligió el UTCI (Universal Thermal Climate Index) (Jendritky, De Dear and Havenith 
2011) para realizar el presente estudio de tesis doctoral. Los parámetros 
necesarios para el cálculo del índice son: la temperatura del aire, la temperatura 
media radiante, la velocidad del viento y la humedad relativa o absoluta. La 
posibilidad de poder obtener estos parámetros ha sido un elemento determinante 
en la elección del software de cálculo. 
La búsqueda de la herramienta más apropiada para la modelización y simulación 
de los casos de estudio ha conducido a la exploración de los sistemas disponibles 
dentro el territorio español y en el extranjero. En algunos casos, como para el uso 
de ENVImet, ha sido necesario acudir a un entrenamiento para su uso, aunque 
para la mayoría de los sistemas se han empleado los soportes encontrados en el 
web. 
Una vez seleccionado las herramientas de cálculo y los parámetros de análisis, se 
ha procedido a la selección y caracterización de los casos de estudio más 
apropiado para la demostración de las hipótesis de partida. Se ha realizado 
entonces un estudio de los casos: caracterización morfotipologica, microclimática 
y del bienestar térmico en las condiciones extremas de verano e invierno. Para 
realizar la caracterización ha sido necesario apoyarse en los resultados obtenidos 
de trabajos anteriores realizados en Madrid y en España. A raíz de los resultados 
obtenidos se han formulado unos hipotéticos escenarios de rehabilitación del 
espacio libre entre edificios para su evaluación. 
La metodología que ha empleado para la evaluación de las medidas aplicadas se 
basa en la comparación de los escenarios de proyecto. La evaluación se ha 
obtenido de la diferencia observada entre la simulación del escenario hipotético y 
de la situación actual. 
Para poder determinar la influencia de cada medida adoptada, se ha optado por 
un estudio de tipo paramétrico, se indica con eso que se ha procedido a modificar 
un parámetro a la vez realizando así una serie de simulaciones de evaluación de 
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14 | P á g i n a 
 
un abanico de opciones organizadas en dos categorías: modificación de los 
materiales de acabado superficial y actuación sobre los espacios verde. 
La evaluación comparativa de los escenarios de proyecto ha permitido realizar un 
nomograma donde se da una información indicativa sobre los efectos producidos 
por la aplicación de las medidas de rehabilitación a las diferentes tipologías de 
espacios urbanos, relativamente al confort térmico de las personas. En las 
conclusiones de la tesis se relata la discusión pormenorizada de los resultados 
obtenidos de las simulaciones. La elaboración del modelo de simulación y la 
interpretación de los resultados obtenidos se ha realizado bajo la supervisión del 
Profesor Paolo Principi del departamento de Ingeniería Industrial y Ciencias 
Matemáticas de la Universidad Politecnica delle Marche, Ancona, Italia. 
Destacar que este trabajo de tesis doctoral ha sido realizado dentro del marco del 
proyecto de investigación ECOURBAN – “Metodología para la Evaluación del 
Impacto Energético y Medioambiental en el Ecodiseño de Urbanizaciones” 
cofinanciado por el Ministerio de Ciencia e Innovación dentro del Plan Nacional de 
investigación de I+D+i 2008-2011 – Numero de Referencia ENE2010-19850. 
Debe mencionarse que la investigación aplicada a través el análisis de casos de 
estudio no pretende formular leyes universales respectos los datos observados, 
es más bien una exploración de los fenómenos y de las posibilidades ofrecidas 
por las modernas herramientas de cálculo que puedan servir para postular 
hipótesis de nuevas investigaciones y directrices generales para orientar las 
decisiones proyectuales y normativas en el ámbito urbano. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PARTE I –Marco conceptual y Corpus Teórico 
 
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2. CIUDAD SOSTENIBLE Y 
MICROCLIMA 
Este capítulo tiene como objetivo presentar los aspectos relacionados con la 
calidad ambientalurbana, la dimensión espacial y la social, con el fin de explorar 
los aspectos involucrados en la sostenibilidad de la ciudad, identificar los 
múltiples factores que caracterizan el clima urbano a la micro escala y que 
intervienen en la percepción del espacio exterior. Todo eso se enmarca dentro el 
panorama mundial del problema del calentamiento global y del agotamiento de 
recursos fósiles, donde el urbanismo bioclimático se propone como referente de 
una propuesta de cambio en la forma de diseñar y vivir la ciudad. 
Si entendemos el espacio antropizado como principal manifestación de la 
presencia del hombre en la tierra, la búsqueda de la reducción del impacto y de la 
presión ambiental de la ciudad sobre el territorio y la mayor eficiencia en el uso de 
los recursos es un objetivo fundamental para el desarrollo sostenible. (Fariña 
Tojo, 2003a; Fariña Tojo, 2003b; Hough, 1998; Naredo, 1997) 
Muchos son los elementos que se quieren tratar en esta investigación que tienen 
que ver con una visión global de la sostenibilidad en los tres aspectos: 
medioambiental, social y económico. 
En primer lugar el microclima afecta directamente el consumo energético de los 
edificios, sobre todo para la refrigeración en los climas calientes, y de 
consecuencia también en las emisiones de CO2 y de otros contaminantes (Akbari, 
Bretz, Kurn, & Hanford, 1997; Higueras, 2006; Santamouris, Asimakopoulos et 
al., 2001; Santamouris, Papanikolaou et al., 2001; Synnefa, Santamouris, & 
Akbari, 2007a) . En segundo lugar muchas investigaciones han demostrado la 
relación existente entre condiciones climáticas y uso del espacio externo 
ciudadanos. La vitalidad de los espacios ciudadanos es un elemento fundamental 
para la participación y cohesión ciudadana, además de influir significativamente 
en la economía urbana. (Matzarakis, 2001; Nikolopoulou, Baker, & Steemers, 
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16 | P á g i n a 
 
2001; Nikolopoulou, 2004; Nikolopoulou & Lykoudis, 2007; Steemers & Steane, 
2004) 
En este capítulo se presenta la revisión de la literatura que ha servido de soporte 
en la demostración de las hipótesis iniciales, tocando los diferentes argumentos 
objeto de estudio. La exploración referencial de la dimensión ambiental empieza 
con la revisión del concepto de sostenibilidad, entendiendo la sostenibilidad en 
sentido amplio que abarca las tres dimensiones: medioambiental, social y 
económica. En este sentido, y en referencia a las condiciones económicas 
actuales que ven la edificación de nuevos desarrollos urbano cómo poco probable 
y no deseable, se buscan referencia sobre la rehabilitación urbana; teorías ya 
consolidadas y nuevos enfoques relativos a la financiación y a la sustentabilidad 
de la reforma. 
Se pasa luego a la exploración de los mecanismos térmicos que se producen en 
los espacios construidos y que caracterizan el comportamiento climático de un 
entorno. Se indaga como las condiciones ambientales influyen en la calidad de 
vida y en la sostenibilidad de las ciudades, dando una visión general del 
problema, de las componentes interesadas y de las principales medidas 
paliativas. 
Ciudades in-sostenibles 
Los edificios dan reparo y protección a las personas, además de definir su 
bienestar y contribuyen en la calidad de la vida. Como afirmado por Wilson 
Churchill “damos forma a nuestros hogares y después los hogares dan forma a las 
nuestras vidas”. Lo mismo se puede decir para nuestras urbanizaciones, calles, 
plazas y ciudades donde vivimos. El ambiente urbano no es un sencillo conjunto 
de edificios, si bien el resultado de los procesos económico, sociales y 
ambientales estrictamente relacionados con las necesidades y exigencias de la 
sociedad. Las ciudades son complejos sistemas que facilitan un amplio abanico 
de actividad y servicios, y la sinergias entre las necesidades es elemento 
generador del tejido urbano donde la resolución de algunos problemas lleva a la 
creación de otros. (Naredo, 2003; Santamouris, Asimakopoulos et al., 2001) 
Las ciudades nunca albergaron tanta población como en la actualidad. Según los 
informe de ONU-HABITAT (2008) más de la mitad de la población mundial vive en 
las ciudades y en el 2030 se prevé que este valor alcanzará el 60%. Las ciudades 
representan la contribución más alta al producto interno bruto mundial, a la vez 
de ser grandes consumidores de recursos y generadores de desechos. Todo eso 
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I r i n a T u m i n i 17 | P á g i n a 
 
es particularmente crítico en un mundo sobrecargado por los impactos generados 
por las actividades humanas y de un creciente espacio urbanizado. Está claro que 
el futuro de la civilización está ligado al desarrollo de la ciudad. (Fariña Tojo, 
2003a; Rogers & Gumuchdjian, 2000; Smith & Levermore, 2008) 
La creciente dependencia de la ciudad de los combustibles fósiles, la imperante 
demanda de recursos naturales y la implacable generación de contaminantes son 
sin dudas los problemas más urgentes a los que la ciudad del futuro debe 
enfrentarse.(Rogers & Gumuchdjian, 2000) 
La integración del concepto de Urbanismo Sostenible, introduce un cambio 
conceptual que vas más allá de búsqueda de soluciones a bajo impacto 
ambiental, cuestionando el modelo tradicional de desarrollo urbano e territorial 
así como el modo de pensar y diseña la ciudad.(Turégano Romero, 2009) 
A partir de la definición de sostenibilidad definida en el informe Brundtland7 
(1987) complementada por la definición de la Unión mundial de la Conservación: 
El desarrollo sostenible implica la mejora de la calidad de vida dentro de los 
límites de los ecosistemas. 
Se delinea un concepto de sostenibilidad mucho más amplio que la sencilla 
protección del medio natural, ya que implica la preocupación por las generaciones 
futuras y la integridad del medio natural a largo plazo. El desarrollo sostenible 
implica también la calidad de vida, la igualdad entre las personas en el presente y 
la igualdad intergeneracional, entendiendo con eso los derechos de los que 
todavía no han nacido. (Comisión de las Comunidades Europeas, 1990) 
Para entender mejor los aspectos ambientales ligados al significado del adjetivo 
“sostenible”, podemos observar los procesos que se producen en los ecosistemas 
naturales, donde las tres funciones de producción, consumo y descomposición 
están satisfechas por el mismo sistema. Los sistemas se definen abiertos cuando 
pueden intercambiar flujos de energía y materia con el exterior y cerrado cuando 
el intercambio adviene solo al interno de mismo. Un sistema abierto puede así 
obtener la energía necesaria a su mantenimiento, y la capacidad de intercambiar, 
seleccionar y procesar la información procedente del medio, permite al sistema 
de evolucionar hacía un estado más complejo. La tierra es un sistema 
energéticamente abierto, siendo la principal fuente de energía la solar, y cerrado 
al intercambio de materia. Hoy en día sabemos que la biosfera ha sido capaz de 
 
7 Definición por Brundtland en el informe de la ONU (1987): Desarrollo sostenible es el 
que atiende las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer la capacidad 
de las generaciones futuras para atender a sus necesidades y aspiraciones. 
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desarrollarse a base de cerrar ciclos, donde los residuos vienen reconvertidos en 
recursos en un reciclo continuo en el que todo acaba siendoreutilizado. (De 
Martino, 2008; Fariña Tojo, 2001; Naredo, 2003; Peter, 2010) 
El hombre pudo poner a su servicio, mediante el sistema agrario y extractivo, los 
recursos generados por la biosfera, sin crear graves problemas de sostenibilidad, 
hasta la época reciente. Con la revolución industrial la cantidad de residuos 
generado por el hombre ha empezado a ser de tal magnitud que la tierra no ha 
sido capaz de reconvertirlos. De aquí la insostenibilidad de este modelo de 
comportamiento y de ocupación sobre el territorio que ha culminado en las 
actuales conurbaciones. (Naredo, 2005; Naredo, 2003) 
En este marco de referencia podemos situar la relación entre la ciudad y la 
sostenibilidad, o más bien, su “insostenibilidad”. Debido a su fuerte dependencia 
del exterior, las aglomeraciones urbanas ejercen una fuerte presión sobre el 
medio que la soportan y son responsables de la alteración de los procesos 
naturales y del empobrecimiento de los ecosistemas naturales. Eso vale tanto en 
el espacio materialmente ocupado por la ciudad como para las distintas formas 
de contagio en una porción de territorio más o menos extensa. Podemos así 
arriesgar la hipótesis que el espacio urbano es el paradigma de la 
“insostenibilidad”, simplificando en algunos puntos los elementos más 
críticos.(IDAE-Instituto Para la Diversificación y Ahorro de la Energía, 2000; 
Valenzuela Rubio, 2009) 
Ocupación del suelo 
Los sistemas antrópicos son grandes consumidores de recursos, el suelo natural 
es uno de los primeros recursos altamente en peligro. Suelos fértiles vienen 
sustraídos a la agricultura para ser urbanizados, se taladran bosques, se 
modifican los cauces de los ríos y montañas enteras vienen transformadas en 
canteras para los materiales de construcción. 
La invasión del territorio ha ido progresivamente aumentando en las últimas 
décadas debido al modelo de ciudad difusa que ha ido dispersando porciones de 
ciudad (o más bien urbanizaciones) en un territorio cada vez más amplio. Este 
proceso ha sido posible gracias a la difusión del automóvil privado, que ha sido 
nefasto no solo por la dispersión de la ciudad, la necesidad de realizar un sistema 
de infraestructuras cada vez más extenso y caro, el consumo de energía y el 
aumento de las emisiones para el trasporte, sino también por haber provocado 
una la segregación social y espacial. (Fariña Tojo, 2003a; IDAE-Instituto Para la 
Diversificación y Ahorro de la Energía, 2000) 
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El agua 
El agua potable es otro recurso, fundamental para la misma supervivencia de los 
seres vivos, cuya preservación se ve perjudicada por el acción del hombre: 
directamente mediante la extracción y posible vertido de agua contaminada; o 
bien indirectamente obstaculizando el ciclo natural del agua debido a la 
modificación del suelo y de la vegetación.(Fariña Tojo, 2001; Fariña Tojo, 2007; 
Hough, 1998) 
Agotamiento de materiales 
La edificación es un voraz consumidor de materiales, principalmente en su fase 
de construcción y un gran generador de residuos en todo el ciclo de vida8, de la 
construcción, reposición y fin de vida. Muchos materiales empleados en la 
construcción son materias primas limitadas, cuya reutilización o reciclado es 
todavía muy difícil de obtener. (IDAE-Instituto Para la Diversificación y Ahorro de la 
Energía, 2000) 
La energía 
Sin dudas el problema del agotamiento de los recursos energético fósiles y el 
cambio climático, han hecho sí que la sostenibilidad se confundiera siempre más 
con la eficiencia energética. Las ciudades son grandes depredadores de energía, 
durante todo su ciclo de vida: energía para la extracción de materiales, su 
transporte y transformación, para la construcción de edificios, calles, plazas, 
carreteras, etc., durante su uso y también en el transporte para la entrada de los 
recursos y la salida de los desechos.(Robinson, 2011) Solo relativamente a la 
edificación se estima que el consumo energético asociado a la construcción de 
una vivienda es alrededor de 150.000kWh a lo que se le deben sumar 
12.000kWh/año de consumo medio, que corresponde una generación de 
emisiones de CO2 igual a 42t y 1,9t/año respectivamente.(Rueda, 2006a) Para 
entender el problema del consumo energético en las ciudades, no es suficiente 
relacionar el problema con la necesidad de hacer edificios más aislados, el uso de 
sistemas más eficientes y la producción combinada de calor y electricidad. Es 
necesario poner en primer lugar la planificación energética de la ciudad, operando 
en base a los principios de un uso racional de la energía y de la reconsideración 
de sus sistemas de producción y distribución. (Bettini, 1998) 
 
8 Ciclo de vida: conjunto de etapas y estados relacionados con el objeto de estudio a lo 
largo de su vida. En relación con los aspectos ambientales de un producto, se consideran 
todas las etapas desde la materia primas o generación del recurso natural, hasta la 
disposición final. (CEN 350 2006) 
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Las emisiones 
Las ciudades son generadoras de residuos y contaminación: desechos, residuos 
sólidos, emisiones al agua y a la atmosfera, contaminación acústica y lumínica 
son los subproductos de los procesos de transformación que advienen en la 
ciudad, una de las principales razones de baja calidad de vida para las personas y 
de destrucción del medio natural. (Prats, 1995; Rueda, 2006a) 
La inequidad 
El modelo actual de desarrollo se ha generado basándose en unas fuertes 
desigualdades a lo que la globalización no ha hecho nada más que aumentar la 
deslocalización de las funciones in un territorio más amplio que comprende todo 
la tierra. El desarrollo de los medios de transporte y la posibilidad de desplazarse 
de una forma rápida y barata, ha permitido a las conurbaciones de ir ocupando un 
territorio siempre más amplio, separando las actividades en polos 
monofuncionales conectados a través de la red de carreteras. A la vez se ha 
producido una segregación social atendiendo a los niveles de renta. La 
separación de los usos y de las personas ha dado lugar a espacios homogéneos y 
sin complejidad, en la negación misma de la esencia de ciudad que es el 
contacto, el intercambio y la comunicación proyectada en el espacio público. 
(Naredo, 2003; Sassen, 2001) 
Estos procesos de urbanización, repetido en forma planetaria y agrandado por las 
desigualdades económica entre los países, generan un panorama muy poco 
propicio a la sostenibilidad tanto la global como la local, ya que en los países 
pobres, la calidad interna de la ciudad se ve comprometida por los escasos 
recursos.(Naredo, 2005; Sassen, 2001) 
La situación en España 
El estado de la sostenibilidad en las ciudades españolas no se diferencia mucho 
del panorama general descrito. A pesar de todos los planes, guías y buenas 
prácticas que apelan a la sostenibilidad, en los últimos años las condiciones en 
nuestras ciudades no solo no han mejorado, sino que en algunos casos han 
surtido el efecto contrario, demostrando que las acciones que se han puesto en 
marcha tienen ben poco a que ver con la sostenibilidad. (Naredo, 2005) 
El boom inmobiliario que empieza en España a finales de los años ’90 del siglo 
anterior, se ha caracterizado por un modelo de desarrollo especulativo, altamente 
agotador de recursos y que hoy en día es un factor determinante de la crisis 
económica que está sufriendo el país. 
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