Enfoques metodológicos para evaluar el potencial de la adaptación de las morfologías urbanas al calentamiento global

Métodos generales de evaluación

Entre los métodos generales de evaluación con mayor alcance por su integralidad, se encuentra el índice de bienestar económico sustentable (Index of Sustainable Economic Wellbeing, ISEW) empleado por Dos Santos et al. (2017)Dos Santos Gaspara, J., Cardoso Marquesb, A, y Fuinhas, J. A. (2017). The traditional energy-growth nexus: A comparison between sustainable development and economic growth approaches. Ecological Indicators 75 (2017) 286-296. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.12.048. quienes ratifican lo inapropiado del PIB para evaluar el desarrollo.

Uno de los métodos de evaluación más comúnmente usado es el análisis costo-beneficio, que según Newbery (2002)Newbery, D. M. (2002). Spatial General Equilibrium and Cost-Benefit Analysis. Cost-Benefit Analysis: Environmental and Ecological Perspective. London and New York: Routledge Taylor and Francis Group., consiste en la evaluación del objeto con y sin la propuesta de transformación proyectada.

En la mayoría de los casos, los métodos consultados se asocian con la evaluación integral de la sustentabilidad y la resiliencia del objeto de estudio o especialmente del consumo energético y el impacto ambiental. Algunos de ellos toman como base el concepto extendido de «metabolismo urbano», el cual ha evolucionado de un simple balance a un modelo más complejo que incluye productos intangibles. Tal es el caso de la evaluación del impacto metabólico (Metabolic Impact Assessment, MIA), empleado en el proyecto Metabolismo urbano sustentable para Europa (Sustainable Urban Metabolism for Europe, SUME), a través del cual se simuló el desarrollo urbano en siete grandes áreas metropolitanas europeas. El método intenta resolver la falta de información y definir límites, establece comparaciones para la validación y efectúa un análisis de sensibilidad. Se plantea la posibilidad de enfocarse en un índice de eficiencia urbana (Urban Efficiency Index, UEI) en lugar de elaborar complejas matrices para mapear los resultados, con lo cual sería más fácil representar escenarios y metas (Caputo, 2019Caputo, P-, Pasetti, G. y Ferrari, S. (2019). Implementation of an urban efficiency index to comprehend post-metropolitan territories-The case of Greater Milan in Italy. Sustainable Cities and Society 48 (2019) 101565. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101565.).

El enfoque de modelación sistemas urbanos sustentables de agua y energía (Sustainable Urban Energy and Water System, SUEWS) parte de los parámetros requeridos de ocupación del suelo para suponer, de forma emergente y con una mediana complejidad, el consumo de energía y agua a escala urbana. Se ha aplicado en la evaluación de cuatro ciudades (Dublín, Hamburgo, Melbourne y Phoenix) al reemplazar la ocupación del suelo establecida por las denominadas «zonas climáticas locales» (Local Climate Zone, LCZ) por fracciones reales detalladas, lo cual mejora el desempeño del modelo (Alexander et al ., 2016Alexander, P. J., Bechtel, B., Chow, W. T. L., Fealy, R. y Mills, G. (2016). Linking urban climate classification with an urban energy and water budget model: Multi-site and multi-seasonal evaluation. Urban Climate 17 (2016) 196-215. http://dx.doi.org/10.1016/j.uclim.2016.08.003.).

Entre los métodos generales para valorar la sustentabilidad se encuentran los de evaluación de edificios verdes (Green Building Assessment, GBA). Pan et al . (2022)Pan, W., Yu, C. y Du, J. (2022). A dialectical system framework for green building assessment in high-density cities. Environmental Impact Assessment Review 97 (2022) 106860. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2022.106860. identificaron 42 de ellos empleados a escala global y evaluaron en profundidad 12 ampliamente adoptados, atendiendo a las dimensiones de concepto, metodología y valoración, según una perspectiva múltiple. Aunque el objetivo de la investigación en curso no es la evaluación de la sustentabilidad urbana, sino del impacto del cambio climático, específicamente de la elevación de las temperaturas y las posibles medidas de adaptación del hábitat urbano, será necesario partir de un enfoque más amplio e integral, para lo cual las metodologías identificadas pueden servir como referencia.

En investigaciones precedentes, los autores de este trabajo han clasificado las diversas formas de evaluar la sustentabilidad referidas en la literatura internacional en tres tipos: las herramientas, los estándares y los sistemas de evaluación de edificios. Las herramientas de evaluación consisten en software que otorgan certificación y ayuda práctica al proyectista. Los estándares son habitualmente aceptados como sinónimo de buenas prácticas, mientras que los sistemas de evaluación establecen una gradación o calificación con respecto al cumplimiento de los indicadores de sustentabilidad (Pérez, 2019Pérez Rosales, R. A. (2019). Procedimiento para evaluar la sostenibilidad de destinos ecoturísticos vinculados a comunidades rurales. Caso de estudio: Hotel Moka, Comunidad Las Terrazas [sin publicar]. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría (Cujae), La Habana.).

Los primeros sistemas de evaluación aparecieron en 1989, y ya en 2019 se registraban unos 330 a escala global. Pérez (2019)Pérez Rosales, R. A. (2019). Procedimiento para evaluar la sostenibilidad de destinos ecoturísticos vinculados a comunidades rurales. Caso de estudio: Hotel Moka, Comunidad Las Terrazas [sin publicar]. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría (Cujae), La Habana. identificó 27 sistemas desarrollados en América, África, Europa, Asia y Australia, y para su aplicación en Cuba otorgó prioridad a los que provenían de países con un contexto similar en cuanto a nivel de desarrollo y clima: EEWH (Taiwán, 1999), LEED-India (India, 2001), Terigriha (India, 2015), AQUA (Brasil, 2008), MyCrest (Malasia, 2010), PCES (México), Lotus (Vietnam, 2017) y GBI (Malasia).

Otros métodos generales identificados se dedican a la evaluación del consumo de energía y las correspondientes emisiones de CO₂. Entre ellos se encuentra el modelo de gestión racional de la exergía (Rational Exergy Management Model, REMM), aplicado por Kilkis (2014)Kilkis, S. (2014). Energy system analysis of a pilot net-zero exergy district. Energy Conversion and Management 87 (2014) 1077-1092. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.05.014. a distritos de exergía cero (net zero exergia), que son aquellos que producen tanta cantidad de energía como la consumida. Zhang et al . (2014)Zhang, Y., Zheng. H. y Fath, B. D. (2014). Analysis of the energy metabolism of urban socioeconomic sectors and the associated carbon footprints: Model development and a case study for Beijing. Energy Policy 73 (2014) 540-551. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2014.04.029. usan el análisis de entrada-salida (Input-Output Analysis) para calcular el flujo y el consumo (directo e indirecto) de energía embutida de las ciudades sobre la base del metabolismo, aunque el consumo indirecto generalmente no se evalúa por falta de datos. Esto guarda una relación muy estrecha con los objetivos de la investigación en curso, en la cual se pretende evaluar el impacto del aumento de las temperaturas en el consumo de energía, así como el de las medidas de adaptación propuestas en su reducción.

Para evaluar la morfología urbana, Yu et al. (2021)Yu, Z., Zhang, J., Yang, G. y Schlaberg, J. (2021). New Method from the Graph Perspective for Evaluating and Mitigating Regional Surface Heat Islands. Remote Sens. 2021, 13, 1127. https://doi.org/10.3390/rs13061127. proponen el método de análisis de patrones espaciales morfológicos (Morphological Spatial Patterns Analysis, MSPA) desde una perspectiva gráfica integradora que cambia la lógica de evaluación y mitigación de la isla de calor. En esta ocasión, se evoluciona del enfoque de «parches fragmentados» hacia una «concepción en red» a partir del pensamiento inverso. Se parte de que el método de las zonas climáticas locales (LCZ), en sus 17 categorías reconocidas, no considera la interconexión que realmente existe entre las diferentes zonas urbanas clasificadas. Estos autores proponen considerar una isla de calor regional, ya que los problemas térmicos y ambientales que se presentan a esa escala no pueden resolverse desde la perspectiva de una sola ciudad uniforme. Este enfoque es novedoso y puede ser muy real, pero se dificulta en las condiciones de la investigación para el hábitat urbano en Cuba por la imposibilidad de disponer de ciertos recursos tecnológicos como imágenes térmicas satelitales.

Palusci et al. (2022)Palusci, O. y Cecere, C. (2022). Urban Ventilation in the Compact City: A Critical Review and a Multidisciplinary Methodology for Improving Sustainability and Resilience in Urban Areas. Sustainability 2022, 14, 3948. https://doi.org/10.3390/su14073948. demuestran que se ha incrementado el uso de métodos para evaluar el desempeño de la ventilación a escala urbana por su influencia en el efecto de la isla de calor, variando los enfoques metodológicos que se emplean en cada escala, según la clasificación establecida para las LCZ. La evaluación de las morfologías urbanas existentes y las acciones de transformación para una mejor adaptación al cambio climático resultan esenciales para la investigación en desarrollo, pero no se empleará la clasificación establecida por el método de las LCZ, ya bastante criticada, sino que se elaborará una a partir de criterios propios sobre la base de las variables que se discuten. Por otro lado, al reconocer las limitaciones de las LCZ a escala global, se pretende identificar a las morfologías reales existentes con vistas a monitorear y simular su comportamiento.

De manera general, son diversos los métodos que se emplean para evaluar el impacto de las soluciones urbanas y su transformación, usualmente asociados a la aplicación de software y otras técnicas como el manejo de imágenes satelitales a los cuales no es posible el acceso desde Cuba.

Análisis del ciclo de vida

El análisis del ciclo de vida (Life Cycle Analysis, LCA) es uno de los enfoques más usados que subyace en la mayoría de los métodos identificados y, según Nematchoua et al. (2019)Nematchoua, M. K. y Reiter, S. (2019). Analysis, reduction and comparison of the life cycle environmental costs of an eco-neifhborhood in Belgium. Sustainable Cities and Society 48 (2019) 101558. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101558., es el mejor para evaluar el impacto ambiental del medio construido. Sin embargo, partiendo de reconocer que raramente se ha hecho un completo análisis del ciclo de vida en edificios en el contexto mediterráneo, Stephan et al. (2014)Stephan, A. y Stephan, L. (2014). Reducing the total life cycle energy demand of recent residential buildings in Lebanon. Energy 74 (2014) 618e637. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2014.07.028. proponen para ello un marco multiescala.

Muy frecuentemente ese método se asocia también al análisis energético del ciclo de vida. En este sentido Gauk (2016)Gauk, M. y Roose. A. (2016). Assessing the energy intensity of peri-urbanisation: A master plan approach. Energy and Buildings 128 (2016) 540-552. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.003. emplea tres categorías: la energía consumida en la producción de los materiales de construcción, la necesaria para el uso operacional de la vivienda y la empleada en los vehículos de transporte privado, lo cual aplica en la evaluación de 239 planes generales de ordenamiento urbano.

El análisis del ciclo de vida es uno de los enfoques metodológicos a emplear en la investigación en curso, fundamentalmente en la etapa de operación o explotación que define el consumo anual de energía.

Metodología ex ante y ex post

Lin (2021)Lin, S. H., Huang, X., Fu. G., Chen, J. T., Zhao, X., Li, J. H. y Tzeng. G. H. (2021). Evaluating the sustainability of urban renewal projects based on a model of hybrid multiple-attribute decision-making. Land Use Policy 108 (2021) 105570. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2021.105570. plantea que es insuficiente el número de estudios relevantes sobre evaluación ex ante, en comparación con la gran cantidad de literatura que se concentra en la evaluación ex post, por lo que presenta un modelo del primer tipo para la toma de decisiones en la evaluación de la sustentabilidad de proyectos de renovación urbana sobre la base de la perspectiva de toma de decisiones híbrida multiatributo (Hybrid Multi-Attribute Decision Making, MADM), según las dimensiones que él considera clásicas: económica, social y cultural y ambiental. El proceso se desarrolla en tres etapas: cuestionario de expertos, exploración de las relaciones de interdependencia entre dimensiones, y obtención del peso relativo que tiene la influencia de cada aspecto (ponderación). Según el autor, se obtiene una evaluación precisa de la resiliencia urbana (ecológica, económica y social) y su evolución espacio-temporal a diferencia de las perspectivas estáticas predominantes.

Además, Buzási et al. (2021)Buzási, A., Pálölgyi, T. y Csete, M. S. (2021). Assessment of climate change performance of urban development projects - Case of Budapest, Hungary. Cities 114 (2021) 103215. https://doi.org/10.1016/j.cities.2021.103215. ofrecen una metodología integrada ex ante para evaluar aspectos climáticos del proyecto de desarrollo urbano que incluye características locales específicas, estrategias relacionadas, objetivos y visiones. En la primera etapa se definen los principales aspectos de las intervenciones analizadas, en la segunda se establecen los criterios de evaluación y en la tercera se ofrece una puntuación mediante panel de expertos. Según el autor, el método es similar al empleado por el Foro Económico Mundial (World Economic Forum). La metodología a elaborar en la investigación en desarrollo contemplará este enfoque para hacer evaluaciones comparativas de diversos estados del objeto de estudio, antes y después de la puesta en práctica de las transformaciones propuestas.

Análisis multicriterio, multiobjetivo, multiescala o multiactoral

La tendencia a los análisis «multi» como método de evaluación es predominante. Por ejemplo, Buzási et al. (2021)Buzási, A., Pálölgyi, T. y Csete, M. S. (2021). Assessment of climate change performance of urban development projects - Case of Budapest, Hungary. Cities 114 (2021) 103215. https://doi.org/10.1016/j.cities.2021.103215. emplean una metodología multicriterio para definir la compleja relación entre las acciones de renovación para la toma de decisiones. También Czupich et al. (2022)Czupich, M., Łapinska, J. y Bartos, V. (2022). Environmental Sustainability Assessment of the European Union’s Capital Cities. International Journal of Environmental Research and Public Health 2022, 19,4327. https://doi.org/10.3390/ijerph19074327. usan un método de evaluación multicriterio que se expresa mediante la herramienta del indicador compuesto (Composite Indicator Tool). Se trata de un método de análisis comparativo multivariado aplicado para evaluar la sustentabilidad de capitales europeas. Además, Luo et al. (2021)Luo, C., Ju, Y., Giannakis, M., Dong, P. y Wang, A. (2021). A novel methodology to select sustainable municipal solid waste management scenarios from three-way decisions perspective. Journal of Cleaner Production 280 (2021) 124312. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124312. aplican una metodología multicriterio para la toma de decisiones en aras de manejar y ordenar escenarios sustentables.

A su vez, Bassolino et al. (2021)Bassolino, E. y Cerreta, M. (2021). Climate Adaptive Design Index for the Built Environment (CADI-BE): An Assessment System of the Adaptive Capacity to Urban Temperatures Increase. Energies 2021, 14, 4630. https://doi.org/10.3390/en14154630. proponen un sistema multicriterio para evaluar la capacidad adaptativa de los espacios urbanos a la elevación de la temperatura, comenzando por la parametrización de las características físicas y morfológicas con respecto al confort ambiental. La verificación de las propuestas de diseño incluye ensayos para determinar sus contribuciones e identificar las mejores soluciones climáticamente adaptadas. La primera etapa de trabajo consiste en la recopilación de información; la segunda en su análisis y procesamiento, con simulaciones del factor de visión del cielo (Sky View Factor, SVF); en la tercera se muestran, clasifican y comparan patrones urbanos homogéneos; en la cuarta se aplica la evaluación multicriterio de la capacidad adaptativa de los espacios urbanos, comenzando por las características físicas y morfológicas con respecto al confort ambiental con vistas a la definición de indicadores morfológicos; y en la quinta etapa se verifica el diseño mediante ensayos. Esta metodología coincide en gran medida con el enfoque previsto para la investigación en curso.

Campana et al. (2017)Campana, P. E., Quan, S. J., Robbio, F. I., Lundblad, A., Zhang, Y., Ma, T., Karlsson, B y Yan, J. (2017). Optimization of a residential district with special consideration on energy and water reliability. Applied Energy 194 (2017) 751-764. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.005. usan un modelo multiobjetivo sobre la base de un algoritmo genérico para minimizar los costos de ciclo de vida del sistema y maximizar las energías renovables y la cosecha de agua mediante simulaciones dinámicas con el objetivo de optimizar el planeamiento de distritos urbanos residenciales. Stephan et al. (2014)Stephan, A. y Stephan, L. (2014). Reducing the total life cycle energy demand of recent residential buildings in Lebanon. Energy 74 (2014) 618e637. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2014.07.028. ofrecen un marco multiescala para el análisis energético del ciclo de vida de edificios en el Mediterráneo, como resultado de lo cual se proponen acciones urbanas inmediatas y estrategias a largo plazo.

Gandini et al. (2021)Gandini, A., Quesada, L., Prieto, I. y Garmendia, L. (2021). Climate change risk assessment: A holistic multi-stakeholder methodology for the sustainable development of cities. Sustainable Cities and Society 65 (2021) 102641. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102641. reconocen que la reducción de desastres y adaptación al cambio climático requieren una perspectiva holística multiescala y presentan un enfoque metodológico integral multiactoral a escala de ciudad. También Mouzourides et al. (2019)Mouzourides, P., Kyprianou. A., Neophytou. M. K. A., Ching, J. y Choudhary, R. (2019). Linking the urban-scale building energy demands with city breathability and urban form characteristics. Sustainable Cities and Society 49 (2019) 101460. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101460. aplican un análisis multiescala con datos validados de la demanda energética y establecen un vínculo entre las características de la forma urbana (como el parámetro dinámico de la «ciudad respirable», la altura de los edificios y la densidad) y la demanda energética asociada por calefacción y enfriamiento. Los análisis múltiples tendrán que ser necesariamente empleados en las metodologías a proponer en la investigación en desarrollo, con un enfoque holístico que considere, a diferentes escalas, diversas dimensiones, variables, parámetros e indicadores.

Análisis de escenarios

El análisis y construcción de escenarios es otro método muy común que generalmente aparece combinado con algunos de los ya mencionados. Por ejemplo, Buzási et al. (2021)Buzási, A., Pálölgyi, T. y Csete, M. S. (2021). Assessment of climate change performance of urban development projects - Case of Budapest, Hungary. Cities 114 (2021) 103215. https://doi.org/10.1016/j.cities.2021.103215. lo emplean para evaluar las posibles consecuencias de una intervención de transformación en el desempeño urbano. Vermeiren et al. (2022)Vermeiren, K. Crols, T., Uljee, I., De Nocker, L. Beckx, C., Pisman. A., Broekx, S. y Poelmans, L. (2022). Modelling urban sprawl and assessing its costs in the planning process: A case study in Flanders, Belgium. Land Use Policy 113 (2022) 105902. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2021.105902. elaboraron tres escenarios para evaluar la expansión urbana de ciudades hasta el 2050 mediante un mapa calculado para cada una con los costos actuales y futuros en diversos plazos (2016, 2025, 2035 y 2050). Los tres escenarios de crecimiento consisten en el intensivo al ritmo actual, uno neutral y otro casi nulo denominado antiextensión.

Kilkis (2014)Kilkis, S. (2014). Energy system analysis of a pilot net-zero exergy district. Energy Conversion and Management 87 (2014) 1077-1092. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.05.014. evalúa el índice de opción de distrito exergía cero (Net Zero Exergy District Option Index, NOEDOI) en cinco escenarios. A su vez, el índice térmico universal (Universal Thermal Index, UTI) es calculado por Batista (2016)Batista, R. J. R., Goncalves, F., Portofrío da oxha, R. (2016). Present Climate and future projections of the thermal comfort index fot the metropolitan region of Sao Paulo, Brazil. https://doi.org/10.1007/s10584-016-1690-5. para el escenario actual y futuro desarrollo propuesto. El método empleado por Caputo (2019)Caputo, P-, Pasetti, G. y Ferrari, S. (2019). Implementation of an urban efficiency index to comprehend post-metropolitan territories-The case of Greater Milan in Italy. Sustainable Cities and Society 48 (2019) 101565. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101565., evaluación del impacto metabólico (Metabolic Impact Assessment, MIA), se enfoca en el índice de eficiencia urbana (Urban Efficiency Index, UEI) para fácilmente representar escenarios y metas. Por otro lado, Gauk (2016)Gauk, M. y Roose. A. (2016). Assessing the energy intensity of peri-urbanisation: A master plan approach. Energy and Buildings 128 (2016) 540-552. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.003. identifica cuatro escenarios para el análisis energético del ciclo de vida de 239 planes generales urbanos: DD (desarrollo disperso), DDEE (desarrollo disperso energéticamente eficiente), DC (desarrollo compacto) y DCEE (desarrollo compacto energéticamente eficiente). La construcción de escenarios será una herramienta clave en el procedimiento a emplear en la investigación en curso, de manera que sea posible evaluar el impacto del cambio climático en diversos escenarios con y sin las transformaciones propuestas.

Ponderación de expertos

El método de expertos aparece con diversas formas en algunas de las fuentes consultadas. En la tercera etapa de su metodología integrada ex ante para evaluar aspectos climáticos del proyecto de desarrollo urbano, Buzási et al. (2021)Buzási, A., Pálölgyi, T. y Csete, M. S. (2021). Assessment of climate change performance of urban development projects - Case of Budapest, Hungary. Cities 114 (2021) 103215. https://doi.org/10.1016/j.cities.2021.103215. asignan puntos a los aspectos evaluados mediante panel de expertos. Lin (2021)Lin, S. H., Huang, X., Fu. G., Chen, J. T., Zhao, X., Li, J. H. y Tzeng. G. H. (2021). Evaluating the sustainability of urban renewal projects based on a model of hybrid multiple-attribute decision-making. Land Use Policy 108 (2021) 105570. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2021.105570., por el contrario, les aplica el cuestionario en la primera etapa de su método ex ante , sobre la base de una perspectiva de toma de decisiones híbrida multiatributo (Hybrid Multi-Attribute Decision Making, MADM), mientras que Luo et al. (2021)Luo, C., Ju, Y., Giannakis, M., Dong, P. y Wang, A. (2021). A novel methodology to select sustainable municipal solid waste management scenarios from three-way decisions perspective. Journal of Cleaner Production 280 (2021) 124312. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124312. definen el peso de las variables de la metodología multicriterio para la toma de decisiones a partir de la consulta de expertos. Por lo complejo y discutible de los métodos de expertos, será necesario valorar su conveniente aplicación en las próximas etapas de este estudio o la posibilidad de arribar a criterios de ponderación por otras vías.

Métodos y herramientas para evaluar el efecto de la isla de calor urbana

Martilli et al. (2020)Martilli, A., Krayenhoff, E. S., y Nazarian, N. (2020). Is the Urban Heat Island intensity relevant for heat mitigation studies? Urban Climate, 31, 100541. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2019.100541. estudiaron el fenómeno de la isla de calor urbana (Urban Heat Island, UHI) y sugieren el término «mitigación del calor urbano» para describir con mayor precisión las estrategias destinadas a enfriar las ciudades. Tan et al. (2016)Tan, Z., Ka-Lun Lau, K. y Nga, E. (2016). Urban tree design approaches for mitigating daytime urban heat island effects in a high-density urban environment. Energy and Buildings, (114), 265-274. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.031. investigaron el efecto de la vegetación asociada al SVF para mitigar la UHI en Hong Kong, señalando que el software ENVI-met es una herramienta fiable.

En otras investigaciones, como la llevada a cabo por Bregiatto (2015)Bregiatto de Oliveira, P. dos S., Astigarraga, R., Borelli, G., Saiz, P. J. y Nader, G. (2015). Consequences of verticalization. Proceedings of the 31nd International Conference on Passive and Low Energy Architecture (PLEA 2015). Bologna, Italia. http://plea-arch.org/plea-proceedings/., se evalúan, mediante modelaciones numéricas realizadas con el software ENVI-met, las consecuencias de la verticalización de las ciudades, no solo en el efecto de isla de calor sino también en la contaminación urbana. Renganathan y Rohinton (2018)Renganathan, G. y Rohinton, E. (2018). The impact of urban compactness, comfort strategies and energy consumption on tropical urban heat island intensity: a review. Sustainable Cities and Society 937. https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.01.024. realizaron una revisión del estado del arte en relación con la intensidad de UHI, su influencia en el consumo de energía de los edificios y el efecto de las urbanizaciones compactas en el trópico. Estos autores refieren que el método más común, y más ampliamente aceptado, para modelar la UHI tropical es ENVI-met.

Según Segovia y Morillón (2022)Segovia A. y Morillón, D. (2022). Análisis de la isla de calor urbana: Nuevos métodos y tecnologías. Instituto de Ingeniería UNAM. http://www.ii.unam.mx/es-mx/Investigacion/Proyecto/Paginas/analisis-isla-calor-urbana.aspx., para evaluar el efecto de la UHI, se utilizan métodos como comparación de datos climatológicos entre estaciones urbanas, suburbanas y rurales; recorridos con vehículos instrumentados en trayectos previamente planeados para identificar procesos que ocurren dentro de los 200 m en el espacio; análisis de imágenes satelitales en las bandas térmicas infrarrojas, y vehículos aéreos no tripulados para el análisis mediante imágenes termográficas.

Para evaluar la sensación térmica y las condiciones de confort en espacios exteriores se emplean índices como la temperatura fisiológicamente equivalente (Physiologically Equivalent Temperature, PET) y el índice climático térmico universal (Universal Thermal Climate Index, UTCI), usando software como el RayMan Pro, que calcula para invierno y verano los parámetros SVF, sombra arrojada, horas de sol y temperatura media radiante (Tmr), según la orientación de la calle y la sección de vía (Aspect Ratio, H/D) del cañón urbano. Estos modelos e indicadores han sido bastante empleados (Pearlmutter et al., 2014Pearlmutter, D., Jiao, D. y Garb, Y. (2014). The relationship between bioclimatic thermal stress and subjective thermal sensation in pedestrian spaces. Int J Biometeorol (58), 2111-2127. https://doi.org/10.1007/s00484-014-0812-x.; Giannaros et al., 2015Giannaros, T. M., Melas, D. y Matzarakis, A. (2015). Evaluation of thermal bioclimate based on observational data and numerical simulations: an application to Greece. Int J Biometeorol, (59),151-164. https://doi.org/10.1007/s00484-014-0832-6.; Xiaodong et al., 2015Xiaodong, He et al. (2015). Influence of sky view factor on outdoor thermal environment and physiological equivalent temperature. Int J Biometeorol, (59), 285-297. https://doi.org/10.1007/s00484-014-0841-5 ), incluso en investigaciones para Cuba (Rodríguez et al., 2015Rodríguez, J., Coch, H., De la Paz, G., Yeras, M. y Matzarakis, A. (2015). Human thermal comfort conditions and urban planning in hot-humid climates - The case of Cuba. International Journal of Biometeorology, 59(12), 1-14. https://doi.org/10.1007/s00484-015-1109-4.; Rodríguez et al., 2016Rodríguez Algeciras, J. A., Gómez Consuegra, L. y Matzarakis. A. (2016). Spatial-temporal study on the effects of urban street configurations onhuman thermal comfort in the world heritage city of Camagüey-Cuba. Building and Environment 101 (2016) 85e101. http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.02.026.). También están disponibles otros modelos libres como SkyHelios, ENVI-met y Solweig (Fröhlich y Matzarakis, 2013Fröhlich, D. y Matzarakis, A. (2013). Modeling of changes in thermal bioclimate: examples based on urban spaces in Freiburg, Germany. Theor Appl Climatol (2013) 111:547-558. https://doi.org/10.1007/s00704-012-0678-y.).

Salvati et al. (2016)Salvati, A., Coch Roura, H. y Cecere, C. (2016). Urban heat island prediction in the mediterranean context: an evaluation of the urban weather generator model. ACE: Architecture, City and Environment, 11 (32): 135-156, 2016. https://doi.org/10.5821/ace.11.32.4836. evaluaron la precisión del generador del tiempo urbano (Urban Weather Generator, UWG), un modelo desarrollado para generar ficheros climáticos urbanos a partir de datos climáticos rurales con vistas a mejorar la precisión de la simulación energética de edificios en el contexto urbano. La predicción del UWG fue capaz de captar la tendencia media diaria del efecto isla de calor urbana, por lo que podría permitir una mejora significativa de las simulaciones energéticas en el contexto urbano, dando un archivo meteorológico más preciso con respecto a la temperatura de la estación meteorológica que usualmente se emplea.

También se han realizado simulaciones encaminadas a mejorar la resiliencia de las ciudades en diversos escenarios posibles del cambio climático. Tal es el caso del estudio realizado por Gilabert (2021)Gilabert Mestre, J. (2021). Cubiertas urbanas y comportamiento térmico en escenarios de temperaturas extremas del dato al geoservicio [Tesis doctoral]. Universidad de Barcelona. https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=304379. para tres escenarios potenciales:

Las técnicas de teledetección introducen un nuevo punto de vista para comprender la UHI, utilizando la temperatura de la superficie terrestre (Land Surface Temperature, LST) (Hu y Brunsell, 2013Hu, L. y Brunsell, N.A. (2013). The impact of temporal aggregation of land surface temperature data for surface urban heat island (SUHI) monitoring. Remote Sensing of Environment 134 (2013) 162-174. http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2013.02.022.). Los resultados de una revisión bibliográfica realizada por Deilami et al. (2018)Deilami, K., Kamruzzaman y Liu, Y. (2018). Urban heat island effect: A systematic review of spatio-temporal factors, data, methods, and mitigation measures. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 67, 30. https://doi.org/10.1016/j.jag.2017.12.009. muestran que el 54 % de los estudios utilizaron imágenes Landsat; los índices de cobertura del suelo (46 %), seguidos de la clasificación supervisada (17 %) fueron los métodos dominantes para derivar los cambios de cobertura-uso del suelo; la regresión por mínimos cuadrados ordinarios es el método más aplicado (68 %) para investigar la relación entre los diferentes factores espacio-temporales y el efecto UHI, seguido del análisis comparativo (33 %); los factores más comunes que afectan al efecto UHI incluyen la cubierta vegetal (44 %), la estación del año (33 %), la superficie construida (28 %), el día y la noche (25 %), la densidad de población (14%) y las masas de agua (12 %), entre otros.

Consideraciones sobre los métodos identificados

En la Tabla 1 se resumen los métodos para la evaluación de la sustentabilidad, el ambiente térmico y el consumo de energía de soluciones urbanas y arquitectónicas, propuestos en la literatura consultada con su denominación en inglés, que generalmente es la original, y la sigla que los identifica. Como se observa, predominan los enfoques múltiples y tanto el análisis de escenarios como la ponderación mediante consulta a expertos, constituyen procedimientos complementarios que se combinan con otros.

En la bibliografía consultada sobre enfoques metodológicos para evaluar las consecuencias del cambio climático en ciudades y medidas de adaptación, no fue posible diferenciar metodologías específicas para evaluar impactos con respecto a otras usadas para el análisis costo-beneficio. Por tanto, en la investigación en curso, se diseñarán escenarios futuros para ser evaluados anterior y posteriormente a las transformaciones propuestas, con el propósito de caracterizar los impactos si estas no se aplican, y los beneficios de su implementación.

Índices

Es muy común el trabajo con índices de diferentes tipos, algunos de los cuales se aplican en las metodologías mencionadas. Por ejemplo, Wua et al. (2021)Wua, A. N. y Biljecki, F. (2021). Roofpedia: Automatic mapping of green and solar roofs for an open roofscape registry and evaluation of urban sustainability. Landscape and Urban Planning 214 (2021) 104167. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2021.104167. mapean de forma automática, mediante imágenes satelitales, las tipologías relevantes de techos urbanos a partir de lo cual obtienen un índice. A su vez Luo et al. (2021)Luo, C., Ju, Y., Giannakis, M., Dong, P. y Wang, A. (2021). A novel methodology to select sustainable municipal solid waste management scenarios from three-way decisions perspective. Journal of Cleaner Production 280 (2021) 124312. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124312. elaboran un sistema de indicadores de evaluación para la toma de decisiones a partir de cinco dimensiones (económica, ambiental, social, tecnológica y energética).

Para evaluar el desarrollo urbano, las acciones de renovación y la toma de decisiones Buzási et al. (2021)Buzási, A., Pálölgyi, T. y Csete, M. S. (2021). Assessment of climate change performance of urban development projects - Case of Budapest, Hungary. Cities 114 (2021) 103215. https://doi.org/10.1016/j.cities.2021.103215. emplean índices complejos de desempeño ambiental, partiendo de más de 40 indicadores, que incluyen movilidad y proximidad a las zonas socioculturales, para definir 14 indicadores y 63 subcategorías.

Para cuantificar la integridad del ecosistema urbano contrastando las variables físicas y biológicas con valores de referencia, MacGregor-Fors et al. (2021)MacGregor-Fors, I., Falfán, I., García-Arroyo, M., Lemoine-Rodríguez, R., Gómez-Martínez, M. A., Marín-Gómez, O. H., Pérez-Maqueo. O. y Equihua, M. (2021). A Novel Approach for the Assessment of Cities through Ecosystem Integrity. Land 2022, 11, 3. https://doi.org/10.3390/land11010003. usan el índice de integridad del ecosistema urbano (Urban Ecosystem Integrity Index, UEII) el cual es una herramienta flexible y fácil de calcular. A su vez, como se ha mencionado, Czupich et al. (2022)Czupich, M., Łapinska, J. y Bartos, V. (2022). Environmental Sustainability Assessment of the European Union’s Capital Cities. International Journal of Environmental Research and Public Health 2022, 19,4327. https://doi.org/10.3390/ijerph19074327. emplean la herramienta de indicador compuesto (Composite Indicator Tool) o evaluación multicriterio donde no se agregan los indicadores. Estos autores reconocen que la construcción de indicadores sintéticos es un proceso complejo con cierta incertidumbre y que un método alternativo se basa en usar indicadores absolutos que se comparan con una referencia. Para ello se requiere una combinación de procesos cuantitativos y cualitativos.

También Elavarasan et al. (2022)Elavarasan, R. M., Pugazhendhi, R., Irfan, M., Mihet-Popa, L., Campana, P. E. y Khan, I. A. (2022). A novel Sustainable Development Goal 7 composite index as the paradigm or energy sustainability assessment: A case study from Europe. Applied Energy 307 (2022) 118173. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.118173. aplican un índice compuesto (Composite Index) novedoso para evaluar el desempeño energético sustentable correspondiente al Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 (ODS 7) en 40 ciudades europeas. El enfoque metodológico integral-multiactoral, propuesto por Gandini et al. (2021)Gandini, A., Quesada, L., Prieto, I. y Garmendia, L. (2021). Climate change risk assessment: A holistic multi-stakeholder methodology for the sustainable development of cities. Sustainable Cities and Society 65 (2021) 102641. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102641., genera un único índice de riesgo que se expresa en una representación gráfica 3D. Peponi et al. (2022)Peponi, A., Morgado, P. y Kumble, P. (2022). Life cycle thinking and machine learning for urban metabolism assessment and prediction. Sustainable Cities and Society 80 (2022) 103754. https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.103754. usan indicadores multidimensionales para manejar la complejidad de los procesos urbanos y mejorar su resiliencia a partir del concepto de metabolismo urbano inteligente y regenerativo, acoplando el pensamiento del ciclo de vida y el aprendizaje mecánico (machine learning) para construir una red del tipo percepción multicapas entrenada (Trained Multi-layer Perception, MLP).

Kilkis (2014)Kilkis, S. (2014). Energy system analysis of a pilot net-zero exergy district. Energy Conversion and Management 87 (2014) 1077-1092. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.05.014. emplea el índice de opción de distrito de exergía cero (Net Zero Exergy District Option Index NOEDOI) como concepto piloto para la primera fase del proyecto, teniendo en cuenta la carga eléctrica anual y la carga térmica. A su vez, Batista (2016)Batista, R. J. R., Goncalves, F., Portofrío da oxha, R. (2016). Present Climate and future projections of the thermal comfort index fot the metropolitan region of Sao Paulo, Brazil. https://doi.org/10.1007/s10584-016-1690-5. usa el índice térmico universal (Universal Thermal Index, UTI) para evaluar el impacto de un nuevo complejo de edificios, como resultado del proceso de redensificación, en el desempeño térmico y energético del contexto urbano en Roma. Caputo (2019)Caputo, P-, Pasetti, G. y Ferrari, S. (2019). Implementation of an urban efficiency index to comprehend post-metropolitan territories-The case of Greater Milan in Italy. Sustainable Cities and Society 48 (2019) 101565. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101565. acude al índice de eficiencia urbana (Urban Efficiency Index, UEI) para evaluar el desempeño de un territorio de 100 x 100 m² en los alrededores de Milán: resume y evalúa la movilidad, la densidad urbana, la fragmentación, los residuos municipales no reciclados, la capacidad del ecosistema de servicio, la vulnerabilidad (social y económica) y la intensidad energética de la economía.

Bassolino et al. (2021)Bassolino, E. y Cerreta, M. (2021). Climate Adaptive Design Index for the Built Environment (CADI-BE): An Assessment System of the Adaptive Capacity to Urban Temperatures Increase. Energies 2021, 14, 4630. https://doi.org/10.3390/en14154630. proponen el índice de diseño climático adaptativo para el ambiente construido (Climate Adaptative Design Index for the Built Environment, CADI-BE) con vistas a evaluar el desempeño de los espacios urbanos abiertos debido al incremento de la temperatura global y su efecto en la isla de calor; también define indicadores morfológicos. La metodología de evaluación a proponer en la investigación en curso no deberá perseguir la síntesis de la evaluación de diversas variables en un indicador único e integrado, que además de resultar complejo, no logra expresar la multiplicidad de problemas y soluciones. No se trata de comparar para encontrar las mejores respuestas, sino de valorar diversas posibles variantes o tipos morfológicos para proponer las transformaciones más apropiadas para la adaptación de cada uno al calentamiento global.

En la Tabla 2 se resumen los índices utilizados como referencia en la literatura consultada para evaluar las soluciones arquitectónicas y urbanas. Como se observa, son múltiples y diversos, pero lo más importante, es que han sido elaborados para su aplicación en regiones desarrolladas con climas fríos, por lo cual, sus valores deberán ser revisados para las condiciones de países tropicales y en desarrollo como Cuba (Rodríguez et al., 2016Rodríguez Algeciras, J. A., Gómez Consuegra, L. y Matzarakis. A. (2016). Spatial-temporal study on the effects of urban street configurations onhuman thermal comfort in the world heritage city of Camagüey-Cuba. Building and Environment 101 (2016) 85e101. http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.02.026.). El SVF que caracteriza un parámetro de partida muy específico, es uno de los más utilizados y podrá emplearse en la investigación en desarrollo, solo que su estimación se hará por métodos tradicionales de análisis geométrico bidimensional y tridimensional, según los recursos disponibles.

Programas informáticos empleados

Estos métodos de evaluación, construcción de índices y elaboración de escenarios, generalmente usan sistemas automatizados y bases de datos a partir del empleo de numerosas y diversas aplicaciones informáticas. Por ejemplo, Nematchoua et al. (2019)Nematchoua, M. K. y Reiter, S. (2019). Analysis, reduction and comparison of the life cycle environmental costs of an eco-neifhborhood in Belgium. Sustainable Cities and Society 48 (2019) 101558. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101558. utilizan los programas Alcyone, Comfie-Pleiades y Novoa-Equer, así como la base de datos suiza Ecoinverter 2018 para cuantificar los daños ambientales y costos de prevención generados por un barrio sustentable en un ciclo de vida de 80 años. El propio autor usa otros programas para evaluaciones específicas del potencial de calentamiento global (Global Warming Potential, GWP) para el efecto invernadero, potencial de acidificación (PA), potencial de reducción abiótica (ADP), potencial de reducción eurófica (Europhic Diminish Potential, ADP), potencial de reducción de ozono (Ozone Diminish Potential, ODP), Años de vida ajustados por discapacidad (Disability Adjusted Life Years, DALY) y valor del umbral del olor (Odour Threshold Value, OTV) para estos parámetros.

Vermeiren et al. (2022)Vermeiren, K. Crols, T., Uljee, I., De Nocker, L. Beckx, C., Pisman. A., Broekx, S. y Poelmans, L. (2022). Modelling urban sprawl and assessing its costs in the planning process: A case study in Flanders, Belgium. Land Use Policy 113 (2022) 105902. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2021.105902. emplean el método modelo de uso geodinámico del suelo (GeoDynamiX Land Use Model) que simula el futuro uso del suelo a partir de una matriz de tipos urbanos. A su vez, el SVFEngine combina la modelación morfológica y las técnicas de geometría computacional para obtener el factor de visión del cielo (Liang et al., 2017Liang, J. Gonga, J., Sun, J. and Liu, J. (2017). A customizable framework for computing sky view factor from large-scale 3D city models. Energy and Buildings 149 (2017) 38-44. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.05.024.). En las condiciones de Cuba será difícil aspirar al empleo de software y herramientas de alta tecnología como imágenes satelitales, por tanto, los métodos de evaluación a emplear en las siguientes etapas de la investigación se adecuarán a las posibilidades reales en cuanto a equipos de medición y software disponibles.

Clasificación de tipos urbanos

En muchos de los métodos e indicadores identificados se emplean diversas formas de clasificación de tipos urbanos, ya que la arquitectura y el urbanismo constituyen el objeto de estudio evaluado. Por ejemplo, Vermeiren et al. (2022)Vermeiren, K. Crols, T., Uljee, I., De Nocker, L. Beckx, C., Pisman. A., Broekx, S. y Poelmans, L. (2022). Modelling urban sprawl and assessing its costs in the planning process: A case study in Flanders, Belgium. Land Use Policy 113 (2022) 105902. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2021.105902. usan una matriz de tipos urbanos clasificados según su densidad, mientras que Gauk (2016)Gauk, M. y Roose. A. (2016). Assessing the energy intensity of peri-urbanisation: A master plan approach. Energy and Buildings 128 (2016) 540-552. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.07.003. propone escenarios para el análisis energético del ciclo de vida de planes urbanos a partir de la compacidad o dispersión del desarrollo y la eficiencia energética. Mouzourides et al. (2019)Mouzourides, P., Kyprianou. A., Neophytou. M. K. A., Ching, J. y Choudhary, R. (2019). Linking the urban-scale building energy demands with city breathability and urban form characteristics. Sustainable Cities and Society 49 (2019) 101460. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101460., mediante un análisis multiescala, establecen un vínculo entre las características de la forma urbana y la densidad con la demanda energética por calefacción y enfriamiento.

Hachem-Vermette et al. (2022)Hachem-Vermettea, C. y Singh, K. (2022). Optimization of the mixture of building types in a neighbourhood and their energy and environmental performance. Energy&Buildings204(2019) 109499. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109499. proponen 12 tipos de agrupaciones de edificios (building clusters), con diferentes densidades, para reflexionar sobre las prácticas en Norteamérica y como base para una metodología en aras de explorar las combinaciones más cercanas a lo óptimo en cuanto al uso de energías renovables y recursos alternativos. Para evaluar la capacidad adaptativa de los espacios exteriores urbanos, Bassolino et al. (2021)Bassolino, E. y Cerreta, M. (2021). Climate Adaptive Design Index for the Built Environment (CADI-BE): An Assessment System of the Adaptive Capacity to Urban Temperatures Increase. Energies 2021, 14, 4630. https://doi.org/10.3390/en14154630. comienzan por la parametrización de sus características físicas y morfológicas con respecto al confort ambiental.

El factor de visión del cielo constituye una forma de clasificación morfológica que se puede realizar de forma automatizada mediante el SVFEngine (Liang, et al., 2017Liang, J. Gonga, J., Sun, J. and Liu, J. (2017). A customizable framework for computing sky view factor from large-scale 3D city models. Energy and Buildings 149 (2017) 38-44. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.05.024.). Alexander et al. (2016)Alexander, P. J., Bechtel, B., Chow, W. T. L., Fealy, R. y Mills, G. (2016). Linking urban climate classification with an urban energy and water budget model: Multi-site and multi-seasonal evaluation. Urban Climate 17 (2016) 196-215. http://dx.doi.org/10.1016/j.uclim.2016.08.003. reemplazan la documentación de las LCZ por caracterizaciones más detalladas, con lo cual se mejora el desempeño del modelo. Palusci et al. (2022)Palusci, O. y Cecere, C. (2022). Urban Ventilation in the Compact City: A Critical Review and a Multidisciplinary Methodology for Improving Sustainability and Resilience in Urban Areas. Sustainability 2022, 14, 3948. https://doi.org/10.3390/su14073948. reconocen una tendencia a densificar el tejido urbano en las últimas décadas y elaboran clasificaciones morfológicas para evaluar el comportamiento de la vegetación que contribuye a mitigar los efectos negativos.

Gandini et al. (2021)Gandini, A., Quesada, L., Prieto, I. y Garmendia, L. (2021). Climate change risk assessment: A holistic multi-stakeholder methodology for the sustainable development of cities. Sustainable Cities and Society 65 (2021) 102641. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102641. clasifican las tipologías según los resultados de la evaluación de la vulnerabilidad a partir de un único índice de riesgo. Mobaraki et al. (2022)Mobaraki, A. y Oktay Vehbi, B. A. (2022). Conceptual Model for Assessing the Relationship between Urban Morphology and Sustainable Urban Form. Sustainability 2022, 14, 2884. https://doi.org/10.3390/su14052884. reconocen la relación recíproca entre la morfología y la forma urbana sustentable mediante un modelo conceptual que toma la teoría cualitativa como metodología para establecer la tipo-morfología y el concepto de escala jerárquica. Estos autores afirman que cada simple componente de la forma urbana sustentable interactúa significativamente con el enfoque tipo-morfológico y elaboran un análisis geométrico de la morfología urbana desde el punto de vista de la sustentabilidad.

La clasificación de tipos urbanos constituirá un importante resultado de la investigación en curso a partir de las variables que condicionan el impacto del calentamiento global en el microclima urbano, el bienestar de las personas y el consumo de energía en las edificaciones, así como las posibles vías de mitigación y adaptación.