Cubierta vegetal

Pestaña Cubierta vegetal; el cuadro Materiales contieneeste ajuste.

Para crear una cubierta vegetal en DesignBuilder, sigue estos pasos:

1. Crea un material de cubierta vegetal mediante los datos de la pestaña Cubierta vegetal del cuadro de materiales.
2. Crea un cerramiento de cubierta con el material de cubierta vegetal como capa más exterior.
3. Asigna el cerramiento de cubierta vegetal a las superficies de cubierta correspondientes.

Durante la simulación, la cubierta vegetal puede recibir agua de un sistema de riego o de las precipitaciones del emplazamiento (definidas por separado de los datos climáticos horarios). Las propiedades iniciales de la capa de suelo (día 0 de la simulación) se definen en la pestaña Cubierta vegetal del cuadro de materiales.

La documentación de EnergyPlus indica: «Este modelo se desarrolló para superficies exteriores de poca pendiente (cubiertas). No se recomienda para superficies exteriores de gran pendiente (por ejemplo, muros)». No obstante, podría ser posible modelar aproximadamente muros vegetales, aunque todavía no se conoce ninguna validación del modelo subyacente de EnergyPlus y, desde luego, el riego tendría que tratarse de forma distinta al de las cubiertas, ya que los muros no retienen naturalmente mucha precipitación.

Nota: Las simulaciones de cubiertas vegetales deben ejecutarse con la opción 1-CTF del algoritmo de solución. Si se selecciona cualquier otra opción, se producirán errores graves.

Consejo: La documentación de EnergyPlus indica que las cubiertas vegetales pueden requerir más intervalos de tiempo que las simulaciones normales.

Nota: Especificar un material de cubierta vegetal como material de un bloque de componentes no funcionará: estos solo utilizan los materiales para sus propiedades reflectantes.

Antecedentes

 

De A green roof model for building energy simulation programs, D.J. Sailor, Portland State University:

 

Una cubierta vegetal (también denominada EcoRoof) es una cubierta cuya superficie exterior está formada por una capa de suelo (sustrato de cultivo) y vegetación. La composición entre el sustrato y la estructura de cubierta varía, pero normalmente incluye una capa de drenaje, una barrera antirraíces y una membrana impermeable. El espesor del sustrato suele estar entre 10 y 30 cm, aunque algunas soluciones, denominadas cubiertas vegetales intensivas, tienen suelos más profundos capaces de mantener arbustos grandes e incluso árboles. Las soluciones más delgadas (normalmente < 20 cm), denominadas cubiertas vegetales extensivas, son más comunes, pero solo pueden mantener plantas pequeñas y vegetación tapizante.

 

Aunque las cubiertas vegetales se han utilizado durante siglos, recientemente ha aumentado el interés por instalarlas tanto en rehabilitación como en obra nueva. Sus posibles beneficios incluyen el atractivo estético, la creación de hábitats, la reducción de la escorrentía y el ahorro energético.

 

Existe un reconocimiento generalizado y una bibliografía creciente de datos medidos que indican que las cubiertas vegetales pueden reducir el consumo energético de los edificios. La funcionalidad de cubierta vegetal de EnergyPlus puede ayudar a promotores y arquitectos a evaluar la magnitud probable del ahorro energético asociado a distintas opciones, como el tipo y espesor del suelo, el riego o el tipo de planta. Proporciona una herramienta cuantitativa de simulación energética basada en principios físicos que representa los efectos de estas cubiertas, facilita su implantación y permite considerar sus ventajas en códigos energéticos y normas de eficiencia como LEED.

 

El modelo de cubierta vegetal tiene en cuenta:

 

• El intercambio radiativo de onda larga y corta dentro del dosel vegetal,
• Los efectos del dosel vegetal sobre la transferencia de calor por convección,
• La evapotranspiración del suelo y las plantas, y
• La conducción y el almacenamiento de calor en la capa de suelo.

 

El módulo de cubierta vegetal de EnergyPlus permite especificar «ecoroof» como capa exterior de un cerramiento de cubierta. Después pueden definirse características como el espesor y las propiedades térmicas del sustrato, la densidad y altura de la vegetación, la conductancia estomática (capacidad de transpirar humedad) y las condiciones de humedad del suelo, incluido el riego. La formulación del modelo incluye:

 

• Un balance de humedad simplificado que considera precipitación, riego y transporte de humedad entre dos capas de suelo, la superior y la zona de raíces.
• Un balance energético del suelo y el dosel vegetal basado en los modelos de vegetación FASST del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos (Frankenstein y Koenig), con una fuerte influencia de BATS (Dickenson y otros) y SiB (Sellers y otros).
• Las ecuaciones de temperatura de la superficie del suelo (Tg) y del follaje (Tf) se resuelven simultáneamente en cada intervalo de tiempo, invirtiendo la CTF para obtener los flujos de calor necesarios para el balance energético. El análisis detallado y las ecuaciones resultantes son bastante complejos y se resumen aquí. Para su desarrollo completo se remite al lector a la documentación de FASST citada. El resultado final es un sistema de dos ecuaciones simultáneas de temperatura: una para la superficie del suelo y otra para el follaje.
  
  

Descripción del modelo de cubierta vegetal

 

Como en una cubierta tradicional, el balance energético de una cubierta vegetal está dominado por el aporte radiativo solar. Esta radiación se equilibra con los flujos de calor sensible (convección) y latente (evaporación) de las superficies del suelo y las plantas, junto con la conducción de calor hacia el sustrato. El diagrama siguiente ilustra este balance. Las variables de la figura se definen en el documento de ingeniería de EnergyPlus.

 

Balance energético de una cubierta vegetal.

 

El análisis del balance energético sigue el modelo Fast All Season Soil Strength (FASST) desarrollado por Frankenstein y Koenig para el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos. FASST se desarrolló en parte para determinar la capacidad de los suelos para soportar vehículos tripulados y no tripulados y el movimiento de personas. Para ello realiza un seguimiento del balance de energía y humedad, incluidos el hielo y la nieve, en un suelo con vegetación. Es un modelo unidimensional que se basa en otros modelos de dosel vegetal, como BATS (Dickinson y otros) y SiB (Sellers y otros). EnergyPlus incorpora FASST con algunas modificaciones para adaptarlo a una capa de suelo relativamente fina.

Datos de cubierta vegetal

Método de cálculo de la difusión de humedad

Se pueden seleccionar dos modelos de difusión de humedad:

• 1-Simple es el modelo EcoRoof original, basado en una difusión constante de la humedad a través del suelo. El modelo parte de dos capas de suelo. Cada vez que se actualizan sus propiedades, comprueba cuál de las dos contiene más humedad y la redistribuye desde esa capa hacia la menos húmeda a una velocidad constante.
• 2-Avanzado es el modelo EcoRoof posterior. Si lo utilizas, tendrás que aumentar el número de intervalos de tiempo por hora de la simulación; se recomienda un valor de 20. Este modelo de transporte de humedad se basa en un proyecto que estudió su movimiento a través del suelo. Utiliza un método de diferencias finitas para dividir el suelo en capas (nodos) y redistribuye la humedad según el modelo descrito en
  Marcel G Schaap and Martinus Th. van Genuchten, 2006, ‘A modified Maulem-van Genuchten Formulation for Improved Description of the Hydraulic Conductivity Near Saturation’, Vadose Zone Journal 5 (1), p27-34.
  

Altura de las plantas

Altura media de las plantas de la cubierta vegetal.

Índice de área foliar (LAI)

Área foliar proyectada por unidad de superficie de suelo. Es un número adimensional entre 0.001 y 5.0. Las tablas siguientes muestran valores típicos de LAI.

La tabla siguiente se reproduce de Global Leaf Area Index Data from Field Measurements, 1932-2000

La tabla siguiente se reproduce de la tesis doctoral de Chen Yu titulada The intervention of plants in the conflicts between buildings and climate - A case study in Singapore

Descripción de la planta	Índice de área foliar medio (LAI)	Imagen
«Flores blancas, lirio araña»	3.07
«Flores rosas»	4.95
«Hojas verde amarillento»	3.75
«Hojas largas de color verde oscuro o hierba»	5.82
«Flores rojo rosado»	2.44
«Similar a un helecho»	6.59
«Similar a una palmera»	4.41
«Flores blancas con centro amarillo»	3.21
«Hojas pequeñas de color verde amarillento»	4.08
«Hojas grandes y largas»	5.28
«Tallos y hojas naranjas en las plantas más altas»	2.15
«Sin características especiales»	3.32
«Hojas con bordes verde claro y centro verde oscuro»	5.83
«Flores rojas y amarillas similares a tulipanes»	3.04
«Hojas rojas grandes»	2.33
«Hojas de color verde oscuro»	~0
Árbol	1.69
Palmera	2.37

Reflectividad de las hojas

Fracción de radiación solar incidente reflejada por las superficies de las hojas. La radiación solar incluye el espectro visible y las longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas. Los valores deben estar entre 0.1 y 0.4.

Emisividad de las hojas

Relación entre la radiación térmica emitida por las superficies de las hojas y la emitida por un cuerpo negro ideal a la misma temperatura. Este parámetro se utiliza al calcular el intercambio radiante de onda larga en las superficies de las hojas. Los valores deben estar entre 0.8 y 1.0 (donde 1.0 representa las condiciones de «cuerpo negro»).

Resistencia estomática mínima

Este campo representa la resistencia de las plantas al transporte de humedad. Sus unidades son s/m. Las plantas con valores bajos de resistencia estomática producen tasas de evapotranspiración mayores que las plantas con resistencia alta. Los valores deben estar entre 50.0 y 300.0.

Contenido volumétrico máximo de humedad de la capa de suelo (saturación)

El contenido volumétrico máximo de humedad del suelo depende de sus propiedades y, en particular, de su porosidad.

Contenido volumétrico mínimo (residual) de humedad de la capa de suelo

Contenido volumétrico mínimo posible de humedad de la capa de suelo.

Contenido volumétrico inicial de humedad de la capa de suelo

Contenido volumétrico de humedad de la capa de suelo al comienzo de la simulación. Se actualizará durante la simulación en función de la evaporación superficial, el riego y las precipitaciones.