Tesis:
Metodología de actuación energética prioritaria ante los escenarios de cambio climático en Zonas Urbanas Homogéneas (HUZs)
- Autor: LÓPEZ MORENO, Helena
- Título: Metodología de actuación energética prioritaria ante los escenarios de cambio climático en Zonas Urbanas Homogéneas (HUZs)
- Fecha: 2025
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE ARQUITECTURA
- Departamentos: CONSTRUCCION Y TECNOLOGIA ARQUITECTONICAS
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/87696/
- Director/a 1º: NEILA GONZÁLEZ, Francisco Javier
- Director/a 2º: SOUTULLO CASTO, Silvia
- Resumen: Energy retrofitting strategies are essential for mitigating climate change, reducing building energy dependence, fostering decarbonisation, and improving housing habitability [1]. However, rates of energy retrofitting continue to be extremely low (below 1% in Europe and, in Spain, even minimum established goals are not being reached) [2], [3]. Primary barriers include macro-level energy policies that are not sufficiently responsive to climate trends and urban contexts, as well as the lack of a multi-dimensional perspective, which limits energy retrofitting projects, especially in the most vulnerable households, which typically cannot afford the high costs of such projects [4]
This study encourages the development of plans that are tailored to the actual needs of communities in order to achieve an equitable and just energy transformation, using the city of Madrid as a case study. An integrated methodology is proposed that combines the analysis of current and future climate conditions with socioeconomic factors, using the concept of Homogeneous Urban Zones (HUZs) to identify priority areas for energy retrofitting. To this end, an updated typical meteorological year (TMY) has been generated for Madrid, which is based on 15 years of field data and future projections that align with the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). These scenarios are used to model the energy performance of the HUZs, calculating energy demand and building thermal stress for a representative city block. The methodology used enables the extrapolation of results at the city level, thus optimizing time and resources. Furthermore, a thermal risk index has been created, combining the factors of exposure (energy demand) and vulnerability (household income) to identify households where energy retrofitting and related adaptation based on available financial resources are crucial.
The studys results show that the current climate in Madrid is warmer and drier than other reference climates, with heating needs decreasing by 60% and cooling demands doubling. By 2050, the average annual temperature is expected to increase by between 1.5C - 3.1C, depending on the mitigation and adaptation strategies applied. With average indoor temperatures estimated to reach 34C in August and the heat stress period expected to increase by one month, heating demand is expected to decrease by an additional 25% and cooling demand is expected to double.
Building energy performance within HUZs is largely dependent on the urban context, building characteristics, and type of construction, highlighting the usefulness of the proposed methodology. In Madrid, 12 types of HUZs were identified. Semi-sprawling blocks are the most efficient due to their insulation and design, while long low-rise blocks, especially those in single row configurations, are the least efficient, due to their high level of exposure and associated energy inefficiency. Ground-floor dwellings tend to have the highest heating demands, while upper-floor dwellings tend to have the highest cooling demands. However, incorporating ground-floor commercial spaces or attic spaces can have an impact.
This study calculates the thermal risk index for each building in Madrid, demonstrating that the first peripheral ring, with closed blocks and low-rise open blocks, presents the highest thermal risk, thus highlighting the need for energy retrofitting in neighbourhoods such as San Cristóbal and Amposta. The primary central ring, which includes the historical city center and the Ensanche areas, presents a medium level of thermal risk, while the outer ring, with semi-sprawling blocks and modern single-family homes, presents the lowest level of thermal risk.
This study concludes that the proposed methodology, which is replicable in cities beyond Madrid, can serve as a vital tool in the effort to address current and future urban energy challenges in the face of climate change.
RESUMEN
Las estrategias de rehabilitación energética son cruciales para mitigar el cambio climático, reducir la dependencia energética, fomentar la descarbonización y mejorar la habitabilidad de las viviendas [1]. Sin embargo, la tasa de renovación europea es extremadamente baja, inferior al 1%, y en España no alcanza los mínimos establecidos [2], [3]. Entre las principales barreras se encuentran políticas energéticas generalistas, que no abordan adecuadamente las tendencias climáticas y la contextualización urbana. Además, la falta de una visión multifactorial limita la renovación, especialmente en hogares vulnerables, que no pueden asumir el alto coste de las intervenciones [4].
Este trabajo fomenta la elaboración de planes adaptados a las necesidades reales de la población con el fin de lograr una transformación energética equitativa y justa. En este sentido, se propone una metodología integral que combina el análisis de condiciones climáticas actuales y futuras con factores socioeconómicos, utilizando el concepto de Zonas Urbanas Homogéneas (HUZs) para identificar áreas prioritarias de intervención energética, tomando como caso de estudio la ciudad de Madrid. Para ello, se ha generado un año meteorológico tipo (TMY) actualizado de la ciudad, basado en 15 años de datos experimentales y sus proyecciones de acuerdo al Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC). Estos escenarios se emplean en el modelado energético de las HUZs, definidas como áreas representativas a nivel de bloque urbano, donde se calcula la demanda energética y el estrés térmico edificatorio. La metodología permite extrapolar los resultados a nivel de ciudad, optimizando recursos y tiempo. Además, se ha creado un índice de riesgo térmico que combina exposición (demanda energética) y vulnerabilidad (renta de los hogares), identificando viviendas donde la intervención energética y su adaptación económica son esenciales.
Los resultados muestran que el clima actual en Madrid es más cálido y seco que otros climas de referencia, sobrestimándose la calefacción en un 60 % y duplicándose las demandas de refrigeración. Por otro lado, en 2050, se prevé un aumento de la temperatura media anual de entre 1,5 y 3,1 C, dependiendo de las estrategias de mitigación y adaptación aplicadas. Esto reducirá la demanda de calefacción en un 25 %, pero duplicará la de refrigeración, extendiéndose el periodo de estrés por calor en un mes y alcanzando temperaturas interiores medias de 34 C en agosto.
El comportamiento energético edificatorio de las HUZs depende en gran medida de las características urbanas, edificatorias y constructivas, lo que resalta la relevancia del método propuesto. En Madrid, se identificaron 12 clases de HUZs. Los bloques semiabiertos son los más eficientes gracias al aislamiento térmico y diseño, mientras que los bloques abiertos de baja altura, especialmente los de hilera simple, son los menos eficientes debido a su alta exposición e ineficiencia de la envolvente. Las mayores demandas de calefacción se producen en las plantas bajas, y las de refrigeración en las plantas altas. Sin embargo, la incorporación de locales o espacios bajo cubierta modifican esta situación.
El índice de riesgo térmico se ha calculado para cada edificación de la ciudad, mostrando que el primer anillo periférico, con bloques en manzana cerrada y edificaciones abiertas de baja altura, presenta el mayor riesgo térmico, destacando barrios como San Cristóbal o Amposta, donde su intervención energética debería ser prioritaria. Las áreas del centro, con zonas urbanas de casco histórico y Ensanche, tienen riesgos medios, mientras que el último anillo, con bloques semiabiertos y viviendas unifamiliares modernas, presenta el menor riesgo térmico.
Esta investigación concluye que, la metodología propuesta, aplicada en Madrid, pero replicable en otras ciudades, se presenta como una herramienta clave para abordar los desafíos energéticos urbanos actuales y futuros frente al cambio climático.