Evaluacion ambiental de estaciones de metro - Estudio de caso Barcelona by Corina PITIC

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CAPÍTULO I | INTRODUCCIÓN A LA TEMÁTICA DE INVESTIGACIÓN 05 1 / Preámbulo: interés y justificación del tema 05 1.1 / El transporte público urbano. Consideraciones generales 05 1.2 / El transporte público subterráneo: el metro y su microclima 05 05 1.3 / Caso de estudio general: la red de metro de Barcelona 1.4 / Caso de estudio específico: las estaciones de metro Drassanes y Penitents de la Línea 3 de metro de Barcelona 07 2 / Alcances y limitaciones del estudio 10 3 / Objetivos de la investigación 13 13 3.1 / Objetivos generales de la investigación 3.2 / Objetivos específicos de la investigación 13 CAPÍTULO II | CONTEXTO DE LA REALIZACIÓN DE LA EVALUACIÓN MEDIOAMBIENTAL 14 1 / La red de metro de Barcelona. Introducción al sistema de metro de Barcelona y datos clave 14 14 1.1 / Evolución histórica de la red de metro de Barcelona 1.2 / Planes de expansión de la red de metro de Barcelona a medio plazo (2001 – 2010 / 2015) 21 2 / Estadísticas en cuanto al transporte público en el Área Metropolitana de Barcelona 21 21 2.1 / El metro de Barcelona entre los metros del mundo, en números 2.2 / El transporte en el Área Metropolitana de Barcelona. Perfil y envergadura 23 2.3 / El transporte en metro en el Área Metropolitana de Barcelona. Perfil y envergadura 24 CAPÍTULO III | DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INVESTIGACIÓN 27 27 1 / Hipótesis de trabajo 2 / Metodología de trabajo 38 CAPÍTULO IV | ESTUDIOS CIENTÍFICOS PREVIOS SOBRE EL TEMA DEL CONFORT AMBIENTAL EN LAS ESTACIONES DE METRO 1/ Ampofo, Maidment y Missenden: el estudio microclimático más amplio de una red de metro (London Underground) 41 41 1.1 / Primera parte: Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort 1.1.1 / Los índices PPD y PMV. Las escalas de Fanger 43 1.1.2 / La gráfica de confort térmico de Parker 43 1.1.3 / La gráfica de confort térmico de Bell y Watts. La nomográfica 44 1.1.4 / El informe BSRIA . La MUTS (Modern Underground Tube Station) y la OUTS (Old Underground Tube Station) 45 1.1.5 / La investigación de Oakland (Cambridge, Reino Unido) 46 1.1.6 / El índice RWI y la gráfica de confort térmico de ASHRAE 46 47 1.1.7 / La experiencia austriaca. Análisis del confort térmico en el laboratorio 1.1.8 / La experiencia húngara. La investigación de Ordody 47 1.1.9 / La importancia de la ventilación 48 1.2 / Segunda parte: Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load 48 48 1.2.1 / Introducción del modelo matemático de evaluación del confort térmico en una red de metro tipo 1.2.2 / La generación interior de calor 50 a. Cargas térmicas propias del vagón de metro (ganancias de calor latente y de calor sensible) b. Calor generado por el mecanismo de frenado del tren de metro c. Calor generado por la iluminación del túnel de metro 1

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1.2.3 / La carga térmica de transmisión 1.2.4 / Las ganancias totales de calor dentro del túnel 1.2.5 / La carga de calor debido a la ventilación 1.2.6 / El equilibrio de energías 1.2.7 / Datos básicos para el nuevo módelo de evaluación climática 1.3 / Tercera parte: Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool 1.3.1 / Introducción de los métodos de enfriamiento que se pueden utilizar en una red de metro 1.3.2 / El Input Energy Management a. Energía cinética b. Iluminación del túnel y de los trenes 1.3.3 / Aumento del efecto de enfriamiento de la infraestructura existente a. Ductos de calor b. Ventilación 1.3.4 / Métodos de enfriamiento a. Enfriamiento del tren con pompa de calor con condensador de aire frío b. Condicionamiento del aire del tren con ciclo de enfriamiento del aire c. Enfriamiento del túnel con pompa de calor con condensadores de agua fría d. Enfiamiento con agua subterránea (ingl. “groundwater cooling”) 1.3.5 / Comparación de los métodos de enfriamiento

52 53 53 53 55

56 56 56 57 57 59

2/ Thompson, Maidment y Missenden: continuación del estudio microclimático de la red de metro de Londres

3/ Peter Ordody: evaluación del confort térmico del metro de Budapest, Hungría

4/ Evaluación del confort térmico del metro de Teherán, Irán

5/ Arup Londres: evaluación del confort térmico de estaciones de metro. Una mirada teórica

6/ Climatic Wind Tunnel Vienna: evaluación del confort térmico dentro de los vagones de metro 68 CAPÍTULO V | SITUACIÓN AMBIENTAL. ANÁLISIS DEL CONFORT TÉRMICO EN VERANO DE LAS ESTACIONES DE METRO DRASSANES Y PENITENTS DE LA LÍNEA 3 (VERDE) DE BARCELONA 70 1/ El clima de Barcelona. Características generales 70 70 2/ Evaluación previa de la situación térmica del metro de Barcelona. Mediciones propias de TMB 3/ Experimento: mediciones in‐situ de los parámetros de confort térmico de las estaciones Drassanes y Penitents de la Línea 3 del metro de Barcelona, en condiciones de verano (21 – 27 de junio de 2010) 73 73 3.1/ Comparación de las gráficas de temperatura exterior de las dos estaciones 3.2/ Comparación de las gráficas de temperatura interior de las dos estaciones 74 3.3/ Comparación de las gráficas de temperaturas exterior versus la temperatura interior de las dos estaciones 75 80 3.4/ Comparación de las gráficas de humedad relativa exterior e interior de las dos estaciones 3.5/ Comparación de las gráficas de temperatura – humedad exterior e interior las dos estaciones 85 3.6/ Análisis del confort térmico de las dos estaciones de metro utilizando el ábaco de Givoni 88 3.7/ Comparación de las gráficas de temperatura exterior e interior de las dos estaciones con la temperatura interior de los vagones de metro 92 3.8/ Análisis de las gráficas de temperatura exterior e interior y de la velocidad del aire exterior e interior de las dos estaciones 94 3.9/ Análisis de las gráficas de temperatura exterior e interior y de la temperatura de radiación de las dos estaciones 96 2

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Agradecimientos a: Eduardo Gutiérrez Munné (arquitecto, on‐a arquitectura) Gemma Vilamitjana Martín (Unitat de Projectes d’Infraestructura, TMB) Georgina Blanch (Unitat Projectes, Sistemes i Equipaments d’Estacions, TMB) Ignasi Patón (Unitat de Projectes d’Infraestructura, TMB) Mar Araujo (Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB) Marta Capdevila Minguell (Departament de Medi Ambient, TMB) Sonia Centelles Artigas (Departament de Medi Ambient, TMB) Eladio de Miguel Sainz (Departament de Medi Ambient, TMB) Margarita Latorre Pelegrín (Servei de Qualitat i Medi Ambient, TMB) José Calvo (Material Móvil, TMB) Enric Vilar (Estudis i Projectes) Juan Luís Gil Vázquez (Gerent Línia 3) y a los señores profesores del Máster Arquitectura, Energía y Medio Ambiente Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona Universidad Politécnica de Cataluña Jaume Roset Josep María González Jaume Avellaneda Helena Coch Roura Rafael Serra Florensa A B R E V I A C I O N E S TMB – Transports Metropolitants de Barcelona FGC – Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya RENFE – Red Nacional de Ferrocarriles Espanoles ITEC – Institut de Tecnología de la Construcció de Catalunya ENDESA – Compañía de Energía de España MJ – MegaJoule kWh – Kilowatio hora PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied (ingl.) PMV – Predicted Mean Vote (ingl.) BSRIA ‐ Building Services Research and Information Association (ingl.) ASHRAE ‐ American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers (ingl.) RWI – Relative Warmth Index (ingl.) MUTS – Modern Underground Tube Station (ingl.) OUTS – Old Underground Tube Station (ingl.) 4

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CAPÍTULO I | INTRODUCCIÓN A LA TEMÁTICA DE INVESTIGACIÓN 1 / Preámbulo: interés y justificación del tema 1.1 / El transporte público urbano. Consideraciones generales El problema del confort en cualquier estación del sistema de transporte público urbano de cualquier ciudad tiene especial interés, especialmente desde el punto de vista de la posibilidad que incumbe de atraer cada vez un número más elevado de usuarios. No solo se trata de tener un número en aumento de usuarios por cuestiones puramente económicas, de beneficio para los que poseen y gestionan el “negocio” del transporte, sino que de un asunto de importancia vital en la sociedad y en los tiempos actuales: el problema del deterioro del medio ambiente y de la calidad del aire en las ciudades, debido al uso exagerado y descontrolado del automóvil personal como unica herramienta, hasta poco, de desplazamiento dentro de las ciudades, en algunos casos. Siempre, cualquier política de gestión correcta del medio ambiente, en términos de limpieza del aire, de ahorro de recursos, de disminución de problemas relacionados con el ruido en la ciudad, con los accidentes automovilísticos, con las inversiones interminables en infraestructura viaria, debe de tener en cuenta una proyección compleja e integrada del sistema de transporte público, con todas sus peculiaridades: confort ambiental de los pasajeros dentro de los medios de transporte público y dentro de las estaciones de cualquier tipo, los precios de los billetes, el nivel de limpieza, la accesibilidad, la calidad de las conexiones con otros medios de transporte público y la seguridad. 1.2 / El transporte público subterráneo: el metro y su microclima En el caso del metro, los aspectos enumerados llegan a tener una importancia aún más acentuada. El hecho de estar debajo de la tierra, en la gran mayoría de los casos, supone un cierto grado de inseguridad, de temor quizás. Este se puede deber a la falta de contacto visual o de cualquier otra naturaleza directamente con el medio exterior, a la aglomeración de un gran número de personas en un espacio restingido, a un medio inseguro y potencialmente claustrofóbico, a un aire interior cargado, pesado, a la falta de luz natural o a un nivel de luz artificial excesivamente alto o bajo, a un nivel acústico molesto en la mayoría de las situaciones, a la potencial falta de aire limpio, a una humedad muy baja, o al contrario, muy alta, a una temperatura del aire inadecuada a las condiciones exteriores, a una sensación de disconfort asociada a un movimiento de aire discontinuo e inestable, y claramente, a un ambiente con un nivel de confort ambiental en general, muy bajo. Tal vez el medio del metro es el más dificil de hacer llegar a unos niveles de confort aceptables para la mayoría de las personas, dadas las condiciones presentadas anteriormente, que se refieren globalmente a cuestiones de contacto con el medio exterior, la seguridad personal, la calidad del aire, y el confort lumínico, acústico y térmico. Fuera de las condiciones enumeradas, tienen su importancia otros factores como la calidad estética de los espacios, los materiales y los colores utilizados y el mantenimiento corriente de las estaciones. En muchos de los aspectos presentados, un gran número de profesionales tienen su aportación e implicación. La infraestructura humana que se encuentra detrás del funcionamiento diario del metro, es impresionante, y la necesidad de funcionar siempre como un mecanismo perfecto es fundamental. Cualquier desperfecto en el funcionamento de un tren, o de un elemento de una estación, puede generar un efecto que se propaga con rapidez a través del sistema entero de transportación, no solo dentro del metro, sino que en la superficie también, tanto en lo que concierne el transporte público, como en lo que concierne el transporte privado. Por eso, el sistema de metro debe de ser completamente integrado y debe de funcionar con precisión a toda hora. El trabajo del arquitecto interesado en temas de confort ambiental y de impacto de la actividad humana en el medio ambiente, viene para complementar el trabajo muy especializado de los ingenieros del metro. El arquitecto puede reunir información muy variada que proviene de campos diversos y puede proponer soluciones a situaciones disfuncionales que constata a lo largo de su investigación. 1.3 / Caso de estudio general: la red de metro de Barcelona En el contexto presentado en este trabajo, se ha utilizado el caso de estudio del sistema de metro de la ciudad de Barcelona (Fig. 2), capital de la Comunidad Autónoma de Cataluña, España. Este caso de estudio se ha elegido por razones obvias de proximidad en lo que concierne las posibilidades de realizar una investigación in‐situ, por un lado, y por otro lado, por razones que tienen que ver con el carácter especial y complejo del perfil del metro de Barcelona. En concreto, se trata de un sistema de metro en continuo proceso de desarrollo y crecimiento. También, se trata de un sistema maduro, que ha evolucionado a lo largo del tiempo, después de haber empezado a funcionar por la primera vez en 1920. Este sistema ha experimentado mucho a lo largo de su existencia, ha vivido momentos de auge y momentos de estancamiento, y ha crecido siempre a través de líneas nuevas añadidas para cubrir zonas de la ciudad de Barcelona en su crecimento hacia las 5

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extremidades, o bien a través de la prolongación de líneas existentes hacia zonas nuevas de la ciudad. En realidad, el sistema de metro de Barcelona reflecta en su desarrollo una radiografía fiel del crecimiento de una gran ciudad, con sus barrios nuevos, con sus barrios regenerados, en su relación cada vez más amplia con su área circundante, la llamada Área Metropolitana. Lo mejor del metro de Barcelona es su alto nivel de integración con otros medios de transporte público: con los trenes nacionales (RENFE), con los Ferrocariles de la Generalitat de Cataluya (FGC), con la red de buses urbanos (TMB), con el Puerto de Barcelona y, en el futuro, con el Aeropuerto de Barcelona (El Prat), a través de la nueva Línea de metro L9. En efecto, el metro de Barcelona es un modelo de metro en Europa y en el mundo, después de haber seguido a su vez, el modelo del metro de París . La meta de cualquier sistema de metro, en teoría al menos, es de tener una estación de metro a una distancia de máximo 500 metros de cuaquier punto dentro de una ciudad (Fig. 1). El sistema que corresponde mejor a esta meta es el metro de París . Barcelona tiene también un índice de accesibilidad muy elevado y las inversiones que se han hecho y que se han planeado para el futuro, tienen previsto el acercamiento a esta meta. Aunque en los últimos años se ha constatado un aumento del uso del transporte público en el Área Metropolitana de Barcelona, las inversiones que se harían para aumentar el nivel de confort dentro del mismo, podrían garantizar un aumento aún más evidente del uso del transporte público urbano, especialmente en lo que concierne el metro, allí donde se puede considerar que son más necesarias, dadas las peculiaridades de este ambiente especial. Un uso más intensivo del metro se puede deber a una calidad superior del ambiente de éste, al hecho de llegar más rapidamente desde un punto A hasta un punto B de la ciudad, al hecho de tener siempre varias opciones de intercambio con otros medios de transporte (tren, cercanías, bus, aeropuerto), al hecho de tener siempre los tiempos de transbordo más cortos entre varias líneas del sistema de metro o entre el sistema de metro mismo y otro sistema de transporte público, al hecho de tener los precios más bajos de transporte versus los costes del transporte privado, o, finalmente, al hecho de poder contribuir a la disminución de los problemas urbanos generados por el uso del coche privado (atascos, ruido, aire polucionado, aumento de los niveles de CO2 en el atmósfera, peligros de accidentes etc).

Fig. 1 Las estaciones de metro de Barcelona, con el radio de 500m alrededor (Fuente: PARCERISA, Josep; RUBERT DE VENTÓS, María; Metro: galàxies metropolitanes; Escola Tècnica Superior d’Arquitectura de Barcelona, TMB, 2002, Barcelona) 6

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Fig.2 Plano de la red de metro de Barcelona (Fuente: Transports Metropolitans de Barcelona) 1.4 / Caso de estudio específico: las estaciones de metro Drassanes y Penitents de la Línea 3 de metro de Barcelona Concretamente, el presente estudio se centra en dos estaciones de metro de la Línea L3 (Verde) del metro de Barcelona. El metro de Barcelona es gestionado, junto con gran parte de los buses de Barcelona, por la compañía de los Transportes Metropolitanos de Barcelona (TMB). Más detalles sobre el sistema de metro de Barcelona, su evolución, su amplitud y sus características, se presentarán en un capítulo ulterior de este trabajo. Momentaneamente, lo que más interesa es que la Línea 3 (Verde) es la ínea de metro más antigua de Barcelona y la segunda línea de metro en términos de longitud (18,4 km), número de estaciones (26) y número de viajeros transportados al año (83,7 milliones), detrás de la Línea 1 (Roja; con 20,7 km longitud, 30 estaciones y 107,7 miliones de viajeros al ano) 1. Las dos estaciones de metro que forman el objetivo de esta investigación son las estaciones de Drassanes y Penitents, ambas situadas en la Línea 3 (Verde), tal y como se ha especificado anteriormente. Las dos estaciones están 1

TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona (pag 2)

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situadas en el mismo tramo de metro que va directamente desde el cerro de Tibidabo aproximadamente, hasta el Puerto de Barcelona (Fig. 3). La Línea 3 (Verde) de metro tiene la peculiaridad de tener dos inflexiones: la inflexión baja que está a la altura de la estación de Drassanes (la zona del Puerto de Barcelona) y la inflexión alta que está a la altura de la estación de Montbau (dos estaciones encima de la estación de Penitents, a la altura del cerro de Tibidabo). Más allá de la estación de Drassanes, está el tramo de metro que llega hasta la estación terminus de Zona Universitaria, y más alla de la estación de Penitents, está el tramo de metro que llega a la otra estación terminus de la Línea 3 (Verde), la estación Trinitat Nova. El tramo de metro entre Drassanes y Penitents presenta la calidad de reflectar el perfil topográfico de la ciudad de Barcelona, empezando con su cota más baja (el Puerto de Barcelona, circa 1‐2 m por encima del nivel de mar) y terminando con una de sus cotas más altas (Tibidabo, circa 400 m por encima del nivel de mal). Esta situación impone dos tipologias diferentes de estaciones de metro, si nos referimos a las estaciones de Drassanes y Penitents: la estación de metro de superficie (Drassanes) y la estación de metro de profundidad (Penitents). La variación fundamental es que la diferencia entre la cota exterior de la calle y la cota inferior del techo del túnel por donde pasan los trenes, a la altura de la estación, es de 1 metro en el caso de la estación de superficie (Drassanes) y de 22 metros en el caso de la estación de profundidad (Penitents).

Fig. 3 Plano de la red de metro de Barcelona. Tramo Drassanes – Penitents de la Línea 3 (Verde) (Fuente: Transports Metropolitans de Barcelona) En estos dos casos, se pueden contrastar informaciones en cuanto a las características ambientales interiores, influenciadas (o no) de la masa de tierra envolvente y de las condiciones ambientales exteriores. En teoría, los comportamientos ambientales de las dos estaciones, teniendo en cuenta sus tipologías, tienen que ser diferentes, debido a la inércia y la masa térmica grandes de la tierra que les envuelve. En práctica, una estación de metro es un universo en si misma, con un funcionamiento muy complejo, con un microclima propio, que depende de toda una serie de factores que van más allá de la masa de tierra envolvente o de la temperatura exterior en un momento dado. Hay parámetros tan importantes como 8

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los materiales de acabado utilizados, el número de capas de materiales entre la masa de tierra y el interior de la estación, el movimiento de los trenes dentro de los túneles, la frecuencia de paso de los trenes en cada dirección, la eficacia del sistema de ventilación de cada estación y de la red de tuneles, el número de pasajeros, el modo de funcionamiento de los trenes mismos (su mecánica), las instalaciones eléctricas / mecánicas y sus consumos, que están situadas tanto dentro de las estaciones, como dentro de los túneles de la red etc. Teniendo en cuenta todos estos parámetros, una evaluación medio‐ ambiental completa de una estación de metro, se tendría que hacer respetando todas las situaciones descritas más abajo. En algunos casos, es probable que la información simplemente no estaría disponible, en otros casos, que la información podría ser confidencial, y en otros casos, que la información no se podría obtener dado el tiempo de realización de este estudio y los recursos (financieros, de aparatos, de miembros de un equipo) disponibles para llevar a cabo el estudio. Las situaciones son explicitamente las siguentes: - situación temporal (periodos de interés representativos en el tiempo: Verano, semana del solsticio de verano – 21 de junio; días laborables y festivos; Invierno, semana del solsticio de invierno – 21 de diciembre; días laborables y festivos); - situación espacial (los dos casos de estudio opuestos elegidos: estación de metro de superficie – Drassanes L3 ‐ y estación de metro de profundidad – Penitents – L3); - situación ambiental (térmica, lumínica y acústica de los dos tipos de estaciones, con los parámetros de análisis correspondientes); - situación energética (cálculo de la energía embebida en los materiales de construcción y acabados, versus la energía gastada en el funcionamiento corriente de la estación); - situación contaminante (los kilogramos de CO2 equivalente emitidos en el proceso de construcción y reforma, versus los kilogramos de CO2 equivalente emitidos durante el funcionamiento corriente de la estación); - situación económica (cálculo de los costes del proceso de construcción y reforma, versus costes del funcionamiento corriente de la estación); La posibilidad de cobertura de todas estas situaciones se discutará ampliamente en el apartado “Alcances y limitaciones del estudio”, considerando, por supuesto, las restricciones descritas anteriormente. El interés real que ha generado la idea de la realización de este estudio parte de la pregunta “¿Cuán de sostenible es realmente el transporte público?”. El transporte público es, a su vez, un gran consumidor de energía. El interés de este estudio es averiguar cuales son los caminos por donde se consume la energía, la cantidad de energía que se consume y definitivamente, si el uso de energía es eficiente en relación con los beneficios medio‐ambientales que derivan del uso del transporte público. Por otro lado, uno de los puntos de partida del estudio han sido las condiciones térmicas precárias observadas a lo largo de la red de metro de Barcelona, en el mes de septiembre del año 2009. Las condiciones térmicas que han despertado especial interés han sido la temperatura interior de los andenes y de los pasillos de conexión versus la temperatura exterior del aire y la temperatura de los vagones de metro. Otros parámetros han sido la humedad interior de los andenes y de los pasillos de conexión versus la humedad exterior del aire, y la velocidad del aire interior de los andenes y de los pasillos de conexión. Conforme con las primeras informaciones que han definido la idea de este estudio, esta situación térmica desagradable es una situación recurrente, que se nota cada año, en verano, especialmente en los meses de julio, agosto y septiembre. En los meses de invierno, los primeros datos han señalado que las condiciones térmicas son aceptables a lo largo de la red de metro. Teniendo en cuenta lo descrito arriba, junto con la experiencia de haber utilizado el metro de Bucarest (Rumanía) durante casi 10 años, y teniendo un perfil meteorológico muy similar en verano entre las dos ciudades, la situación de temperaturas excesivas en verano en la red de metro de Barcelona despierta una serie de preguntas relacionadas con el microclima del metro en general. ¿Porqué en Bucarest el microclima del metro está siempre agradable, sea verano o invierno (en verano hace fresco y en invierno hace calor, pero no excesivamente), y en Barcelona el microclima del metro es agradable solo en invierno, y en verano hace calor excesivamente? ¿Será Barcelona un caso aislado o Bucarest un caso aislado? ¿Existen otros casos, u otros ejemplos similares de estudios del microclima de una estación de metro? Estas son las preguntas con las que se ha lanzado este estudio y a las que se ha querrido desde el principio averiguar las respuestas óptimas, teniendo al alcance ciertas herramientas científicas como cálculos a mano, simulaciones con programas de software especializados, mediciones in‐situ de ciertos parámetros y observaciones personales de ciertos fenómenos. Para las preguntas sin respuestas, 9

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se han intentando formular algunas hipótesis, que, en un estudio más amplio y más aprofundado que continuaría el presente trabajo, se podrían desarrollar e investigar más. 2 / Alcances y limitaciones del estudio Volviendo a la potencial estructura de trabajo presentada con anterioridad y a las situaciones posibles de estudio, se puede hacer una aproximación a la probabilidad de llevar a cabo todo el análisis propuesto. Las situaciones de interés eran: - situación temporal - situación espacial - situación ambiental - sitación energética - situación contaminante - situación económica Considerando el tiempo efectivo de realización de este estudio de tres meses, la situación temporal se reduce a la situación de verano, a una semana cerca del solsticio de verano (21 de junio). Durante esta semana tipo de verano, se pueden hacer mediciones in‐situ, durante el horario de funcionamiento del metro, se pueden hacer observaciones acerca de los fenómenos que se notan en el ámbito subterráneo del metro, se puede intentar una aproximación a lo que significa el microclima del metro en un mes caluroso en comparación con las condiciones atmosféricas exteriores. También se puede notar la diferencia entre los días laborabes de la semana (lunes – viernes) y los días festivos (sabado – domingo), en términos de frecuencia de paso de trenes, frecuencia de uso del metro, volumen de pasajeros y fenómenos microclimáticos influenciados por un uso más o menos intensivo de las instalaciones de metro. En cuanto a la situación espacial, el acceso a las dos estaciones no pone ningún tipo de problema. Las dos tipologías de estaciones se pueden analizar libremente, están abiertas y en funcionamiento normal. La situación ambiental es la que se propone a constituir el CAPÍTULO más extenso del trabajo. Los parámetros de confort térmico, lumínico y acústico se analizarían en toda su complejidad en un estudio mucho más amplio, tanto en el sentido de la disponibilidad de tiempo, como en el sentido de la disponibilidad de toda la gama de aparatos necesarios, de programas CAD de simulación térmica y de un equipo de 4‐5 personas dispuestas a participar. También un apartado importante lo representa la calidad (la pureza) del aire. Solo se han considerado y medido dentro del presente estudio, parámetros como la temperatura del aire exterior y la temperatura del aire interior (calle y andén), la temperatura dentro de los vagones de metro, la temperatura superficial de la calle encima de las vías de tren y la temperatura superficial del techo de las vías de tren, la humedad exterior / interior y la velocidad del aire exterior / aire interior. Los pocos documentos bibliográficos encontrados sobre este tema no son idénticos en sus respectivas posiciones respecto al microclima del metro. Los sistemas de metro que han sido analizados son el metro de Londres (Reino Unido), de Teherán (Irán) y de Budapest (Hungría). SITUACIÓN TEMPORAL TEMPORADA VERANO INVIERNO cca 21 junio +/‐ 1 semana cca 21 dic +/‐ 1 semana 1 Días laborables Días laborables 2 Días festivos Días festivos SITUACIÓN ESPACIAL CASOS DE ESTUDIO CASO 1 CASO 2 Estación de Estación de metro de superficie metro de profundidad DRASSANES L3 PENITENTS L3 10

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SITUACIÓN AMBIENTAL PARÁMETROS

(W/m²)

EXTERIOR Calle

INTERIOR Andén

Energía solar incidente en el ‐‐‐ exterior

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

(hPa)

Presión atmosférica del aire Presión atmosférica del aire exterior interior

PRECIPITACIONES

(mm)

Precipitaciones

‐‐‐

Temperatura exterior del aire

Temperatura interior del aire

TEMPERATURA

(ºC)

HUMEDAD RELATIVA

(%)

VELOCIDAD DEL AIRE

(m/s)

Velocidad del aire exterior

Velocidad del aire interior

(lx)

Nivel iluminancia exterior

Nivel iluminancia interior

(cd/m²)

Nivel luminancia exterior

Nivel luminancia interior

Temperatura superficial de los Temperatura superficial de los materiales en el exterior materiales en el interior

NIVEL DE ILUMINANCIA

INTENSIDAD DEL SONIDO

(dB)

Intensidad del sonido exterior

Intensidad del sonido interior

FRECUENCIA DEL SONIDO

(Hz)

Frecuencia del sonido exterior

Frecuencia del sonido interior

CALIDAD DEL AIRE

(%)

Calidad del aire exterior

Calidad del aire interior

1 – a medir in‐situ 2 – a calcular 3 – a simular (software)

NIVEL LUMINANCIA

CALIDAD DEL AIRE

SITUACIÓN LUMÍNICA

Humedad relativa del aire Humedad relativa del aire interior exterior

SITUACIÓN ACÚSTICA

SITUACIÓN TÉRMICA

RADIACIÓN SOLAR

Unid.

* El texto en grís representa lo que no se ha estudiado en detalle en el presente trabajo

Las siguentes tres situaciones son también muy importantes para poder definir el perfil constructivo y de funcionamiento de una estación de metro. De hecho, todas las situaciones propuestas reflejan el perfil, la radiografía casi completa de una estación de metro. Este perfil está orientado hacia los aspectos medio‐ambientales y económicos del funcionamiento de una estación, y muchas de las situaciones son ligadas entre ellas, se pueden analizar juntas y muchas informaciones se pueden cruzar al mismo tiempo. En el caso de la situación energética, solo los cálculos se han podido realizar, tanto para la situación inicial como para la situación corriente. El listado de los materiales de construcción utilizados tanto en la obra inicial, como en la reforma, no ha sido disponible para las dos estaciones, como para poder hacer un inventario por comparación. Las facturas de los consumos energéticos para cada una de las dos estaciones, tampoco se han podido obtener, dado el hecho de que ninguna de las estaciones de la red de metro de Barcelona no dispone de contadores individuales de electricidad. TMB tiene previsto para el futuro una inversión para la realización de auditorías energéticas individuales (mensuales y anuales) para cada una de sus estaciones de metro. Las listas de las instalaciones que funcionan con corriente eléctrica de cada una de las dos estaciones en cuestión, han sido proporcionadas por TMB, pero solo reflejan las 11

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potencias instaladas en Watts de estas instalaciones. Solo se pueden hacer estimaciones en cuanto al consumo energético diario real de cada estación, según el número de horas en funcionamiento y la intensidad de uso de cada instalación. En cuanto a la situación contaminante, se han podido calcular las emisiones de CO2 equivalente para los materiales de la obra y de la reforma (en el caso de la estación de Drassanes), utilizando principalmente el banco de datos de ITEC (Institut de Tecnología de la Construcció de Catalunya), y las emisiones de CO2 de la energía consumida por la estación diariamente, se han calculado en función de las estimaciones iniciales de los consumos de electricidad (y su tipo). Tanto en la situación energetica, como en la situación contaminante, no se toman en consideración el funcionamiento y el combustible de los trenes mismos, solo el funcionamiento y los consumos de las estaciones, es decir, de la infraestructura construida del metro, sin el material móvil (los trenes). Tampoco se consideran en el presente estudio, la energía embebida y las emisiones de CO2 asociadas a la extracción de materiales y la producción de los trenes de metro en sí. La situación económica es la más incompleta del presente estudio. Quizás porque se trata del aspecto más delicado de analizar. Aunque algunos datos han sido disponibles (inversión en la reforma de la estación de Drassanes), los datos siguen incompletos para poder ser incorporados en el presente trabajo. Lo que también interesaría en este caso sería la comparación entre la cantidad de dinero invertida en la construcción inicial de cada estación, la cantidad de dinero invertida en la reforma de una de las estaciones, la cantidad de dinero que se gasta mensualmente y anualmente para el funcionamiento de cada estación (mantenimiento, electricidad, agua etc) y la cantidad de dinero que se recupera mediante los títulos de viaje (abonos y billetes). Probablemente que la cantidad de dinero que se recupera de los viajeros no sería suficiente como para cubrir todos los gastos de funcionamiento del sistema de metro de Barcelona, con lo cual sería razonable suponer que existen subvenciones por parte de las autoridades, para completar lo necesario. Para poder tener una escala de referencia, se han encontrado documentos bibliográficos que han podido ofrecer una imagen de los consumos energéticos y de las emisiones de CO2 del transporte público, por cada tipo de medio de transporte, en todo el mundo. Los consumos energéticos anuales se han expresado en MJ / cápita y las emisiones anuales de CO2 se han expresado en kg CO2 / cápita. Con lo cual, los cálculos que se han hecho se han ajustado a estas unidades de medida, para facilitar la comparación. SITUACIÓN ENERGÉTICA Unid. INICIAL CORRIENTE Energía necesaria para el MJ Energía embebida en los funcionamiento de la estación al kWh materiales de la obra / reforma día / mes / año 1 ‐ a calcular 1 ‐ a calcular 2 ‐ a comprobar con facturas 2 ‐ a comprobar con facturas SITUACIÓN CONTAMINANTE Unid. INICIAL CORRIENTE

kg CO2 equiv

SITUACIÓN ECONÓMICA

Unid.

EUR

Emisiones de CO2 equivalente Emisiones de CO2 equivalente para los materiales de la obra / para el funcionamiento corriente reforma de la estación al día / mes / año 1 ‐ a calcular 2 ‐ a comprobar con facturas

1 ‐ a calcular 2 ‐ a comprobar con facturas

INICIAL

CORRIENTE Coste calculado de los consumos Costes efectivos de la obra / corrientes de la estación al día / reforma mes / año

1 ‐ a comprobar con facturas

* El texto en grís representa lo que no se ha estudiado en detalle en el presente trabajo 12

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3 / Objetivos de la investigación 3.1 / Objetivos generales de la investigación Los objetivos de la presente investigación se limitan a los aspectos especificados en el capítulo anterior. Se trata concretamente de la situación temporal de verano, de la situación espacial de las dos estaciones (Drassanes ‐ de superficie y Penitents – de profundidad), de la situación ambiental, de confort térmico (temperatura exterior / interior, temperatura interior de los trenes de metro, temperatura superficial exterior / interior, humedad relativa exterior / interior y velocidad del aire exterior / interior), de la situación energética inicial y corriente (de obra y de funcionamiento corriente) y de la situación contaminante inicial y corriente (de obra y de funcionamiento corriente). Los objetivos generales del estudio son: - conseguir una visión completa y profunda del comportamiento térmico, de los niveles de consumo energético y de contaminación, de un espacio complejo en su geometría y funcionamiento; en otras palabras, realizar la radiografía del funcionamiento medio‐ambiental de una estación de metro, analizándola mediante comparaciones calitativas y cantitativas con otras estaciones y con otros estudios similares, mediante mediciones in‐situ y cálculos; - elaborar un guión de análisis medio‐ambiental de cualquier estación de metro del mundo (por ‘metro’ se entiende cualquier medio de transporte urbano que, en la gran mayoría de su trayecto, circula por debajo de la tierra y tiene unas instalaciones y unas características técnicas específicas que lo definen como metro); - identificar las causas de algunos de los fenómenos que definen el microclima del metro y crear hipótesis para las situaciones que no tienen explicación obvia; - definir los fundamentos de un estudio de una envergadura apreciable, que reune actores interesados de la compañía que gestiona la red de metro de Barcelona (TMB), físicos, arquitectos, ingenieros, economistas; este estudio más amplio tendria como objetivo primordial la mejora de las condiciones de confort del metro en todas sus facetas (tanto en las zonas de acceso, como en los pasillos de trasbordo, en los andenes y en los mismos vagones de metro) por un lado, y por otro, un aumento considerable de la eficiencia energética y económica de la red de metro de Barcelona, junto con el decrecimiento de las emisiones de CO2 que derivan de la construcción y del funcionamiento diario del metro. Esta mejora se conseguiría una vez definida la problemática e identificados todos los parámetros disfuncionales, para sober como y donde cabría intervenir. 3.2 / Objetivos específicos de la investigación Los objetivos específicos de la investigación son: - en lo que concierne el confort térmico, el objetivo fundamental es identificar la razón por la cual, en verano, dentro de la red de metro de Barcelona, se nota un nivel alto de disconfort térmico (altas temperaturas, alta humedad); entonces todos los factores tomados en cálculo (temperatura exterior / interior, temperatura interior de los vagones de metro, temperatura superficial de los materiales en el exterior / interior, humedad relativa exterior / interior, velocidad del aire exterior / interior) tienen particular interés porque juntos crean y definen el microclima único de cada estación de metro; - identificar si existe una diferencia demasiado grande de temperatura entre la temperatura de los andenes de metro y la temperatura dentro de los vagones de metro (si existe el peligro de choque térmico o no) y saber si esta diferencia no resulta demasiado molesta por el paso demasiado rápido de un medio a otro y por los potenciales problemas de salud que causaría; - en lo que concierne los consumos energéticos y las emisiones de CO2 de cada estación, lo que más importan son las preguntas formuladas antes: ¿Cuán de sostenible es realmente el transporte público urbano? ¿Cuanta energía consume para construirse / reformarse y para funcionar diariamente una estación de metro? ¿Cuanto CO2 se libera al atmósfera para construir / reformar y por el consumo energético diario de una estación de la red de transporte público urbano (metro) ? - averiguar cual es la cuota de participación de cualquier viajero en metro en el consumo energético y en las emisiones de CO2 de una estación de metro. Esta cuota de participación se compararía a posteriori con la potencial cuota de participación del mismo viajero si hubiera circulado en transporte privado durante los 3 km que, estatidisticamente, representa el trayecto medio de desplazamiento diario por persona, en la ciudad de Barcelona 2; 2

Conforme con los anuncios estadisticos presentados por el TMB, a lo largo de toda la red de metro, en el año 2010. 13

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- hacer algunas recomendaciones de mejora con respecto al confort térmico, al consumo energético y a las emisiones de CO2. CAPÍTULO II | CONTEXTO DE LA REALIZACIÓN DE LA EVALUACIÓN MEDIOAMBIENTAL 1 / La red de metro de Barcelona. Introducción al sistema de metro de Barcelona y datos clave 1.1 / Evolución histórica de la red de metro de Barcelona La red de metro de Barcelona tiene un recorrido evolutivo histórico sumamente interesante, con periodos de apogeo y de paralización de su actividad, que reflejan fielmente los periodos de florecimiento o de disminución de la actividad y de la importancia de la ciudad de Barcelona en el contexto económico europeo e internacional. La história de la red de metro de Barcelona empieza entre los años 1924 – 1934 (Fig. 4), cuando ya están en marcha las primeras dos líneas de metro: El Gran Metropolitano (la actual Línea 3 Verde), que bajaba desde Lesseps hasta Passeig de Gràcia donde se bifurcaba en dos líneas para llegar a Liceu y a Correus, y la Transversal (la actual Línea 1 Roja), que iba en paralelo al Mar Mediteráneo, desde Santa Eulalia a Marina 3. Fig. 4 Líneas de metro en funcionamiento en 1924 – 1934 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 3

Gran parte de la información presentada sobre la evolución de la red de metro de Barcelona se basa en el trabajo de MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona 14

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La etapa ulterior de crecimiento ha sido en los años 50, en paralelo con el gran desarrollo industrial, económico y demográfico de la ciudad de Barcelona. Entre los años 1951 – 1967 (Fig. 5), se prolonga la Línea 1 Roja desde Marina a Fabra i Puig y se construye un tramo nuevo (que en el futuro pertenecerá a la Línea 5 Azul) entre Sagrera (estación de intersección con la Línea 1 Roja también) y Horta.

Fig. 5 Líneas de metro en funcionamiento en 1951 ‐ 1967 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 15

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La próxima fase de desarrollo de la red de metro de Barceona ha sido entre los años 1968 – 1974 (Fig.6), cuando se inaugura la nueva Línea 4 Amarilla, entre Guinardó y Jaume I (incorporando las antiguas estaciones que pertenecían a la Línea 3 Verde, y la nueva Línea 5 Azul entre Pubilla Cases y Sagrera. La Línea 3 Verde se extiende también con 2 nuevas estaciones, Drassanes y Paral.lel, y la Línea 1 Roja se prolonga con 2 estaciones también, Sant Andreu y Torras i Bages.

Fig. 6 Líneas de metro en funcionamiento en 1968 – 1974 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 16

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Los años 1975 – 1977 representan un periodo intenso de inauguraciones y extensiones de líneas de metro existentes (Fig. 7). La Línea 3 Verde, la más antigua, aumenta con 9 nuevas estaciones, entre Paral.lel y Zona Universitaria, y a la Línea 4 Amarilla se le añaden 6 nuevas estaciones, entre Jaume I y Selva de Mar. La Línea 5 Azul se extende desde Pubilla Cases hasta Sant Ildefons con 3 nuevas estaciones. Entre los años 1978 – 1982 (Fig 8), la Línea 4 Amarilla es la protagonista de todas las intervenciones: se prolonga en las dos direcciones con 3 nuevas estaciones al norte hasta Roquetes y con 3 otras estaciones en el sur, hasta La Pau.

Fig. 7 Líneas de metro en funcionamiento en 1975 – 1977 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 17

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Fig. 8 Líneas de metro en funcionamiento en 1978 – 1982 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 18

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El periodo siguente queda marcado por los Juegos Olímpicos de 1992. En el periodo 1983 – 1992, todas las líneas existentes sufren intervenciones importantes (Fig. 9). La Línea 3 Verde, la más antigua, se prolonga desde Lesseps hasta Montbau hacia el norte con 4 nuevas estaciones. La Línea 1 Roja, también entre las más antiguas, crece en sus dos extremidades, con 7 nuevas estaciones, entre Santa Eulalia y Feixa Llarga, y con 4 nuevas estaciones en su otra extremidad, entre Torras i Bages y Fondo. La Línea 5 Azul crece con 2 nuevas estaciones entre Sant Ildefons y Cornella, y a la Línea 4 Amarilla se le añaden 5 nuevas estaciones, entre La Pau y Pep Ventura.

Fig. 9 Líneas de metro en funcionamiento en 1983 – 1992 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 19

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En 1995 se inaugura la nueva Línea 2 Morada, entre Paral.lel y La Pau, facilitando conexiones con todas las otras líneas del metro de Barcelona. En el periodo 1993 – 2001, a parte de la nueva Línea morada, las líneas existentes, la Verde y la Amarilla, sufren prolongaciones de sus respectivos trayectos. La Línea 3 Verde va más alla de la estación de Montbau hasta Canyelles, después de haberle añadido 3 nuevas estaciones. La Línea 4 Amarilla cambia su trayecto en su tramo norte, llegando desde Llucmajor a Trinitat Nova, a través de 2 nuevas estaciones. Fig. 10 Líneas de metro en funcionamiento en 1993 – 2001 (Fuente: MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona) 20

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En el periodo más reciente, la Línea 3 Verde ha llegado a Trinitat Nova también, donde hace el enlace con la Línea 4 Amarilla y la nueva Línea 11 Olive, que tiene 4 estaciones hasta Can Cuias. La Línea 4 Amarilla llega desde Selva de Mar a La Pau donde hace el enlace con la Línea 2 Morada (4 nuevas estaciones). La Línea 5 Azul llega desde Sagrera hasta Horta (un tramo nuevo de 5 estaciones). La Línea 2 Morada llega desde Pep Ventura hasta Badalona centre, mientras que la Línea 1 Roja tiene la misma estación terminus, pero no se llama Feixa Llarga, sino que Hospital de Bellvitge. Las dos Línea de metro más nuevas, sin conductor, son las líneas 9 y 10, Naranja y Azul Claro respectivamente. La Línea 9 Naranja parte desde Can Zam en Santa Coloma de Gramanet y llega hasta Sagrera, por el momento, con 7 estaciones en función. Su terminación final será el Aeropuerto de Barcelona (El Prat). La Línea 10 Azul Claro parte desde Gorg, cerca de Badalona, y llega hasta Sagrera también, con solo 5 estaciones. Su terminación final será la estación de Zona Franca. 1.2 / Planes de expansión de la red de metro de Barcelona a medio plazo (2001 – 2010 / 2015) En el PDI (Plan Director d’Infraestructures) 2001 – 2010 del Área Metropolitana de Barcelona, se proponen una serie de actuaciones para todos los medios de transporte integrados que funcionan en el Área Metropolitana de Barcelona (Anexo 1). En cuanto al metro, se tienen en cuenta los siguentes proyectos: - la Línea 1 Roja se extiende entre Hospital de Bellvitge y El Prat - también la misma Línea 1 Roja se extiende de Fondo a Badalona Centre a través de 4 nuevas estaciones - la Línea 2 Morada se extiende desde Sant Antoni hasta Parc Logistic (3 nuevas estaciones) - la Línea 2 Morada se prolonga desde Pep Ventura hasta Morera (3 nuevas estaciones, de las cuales la primera se ha inaugurado ya en 2010 – Badalona Centre) - la Línea 3 Verde se extiende desde Canyelles a Trinitat Nova (realizado) - la Línea 3 Verde se extiende desde Zona Universitaria hasta Sant Feliu de Llobregat - la Línea 4 Amarilla va desde La Pau hasta La Sagrera (2 nuevas estaciones) - la Línea 5 Azul va desde Horta hasta Vall d’Hebron (3 nuevas estaciones) El aspecto más remarcable de la evolución de la red de metro de Barcelona es la incorporación de gran parte de su Área Metropolitana, de sus regiones más periféricas, con gran necesidad de conectarse con la zona urbana de la ciudad. También, aunque no se ha detallado en el presente análisis, es excepcional la integración con los trenes de cercanías de RENFE y la red de la Generalitat de Cataunya (Anexo 3) 2 / Estadísticas en cuanto al transporte público en el Área Metropolitana de Barcelona 2.1 / El metro de Barcelona entre los metros del mundo, en números Una serie de gráficas de barras muestran por comparación, la situación en 2006 del transporte de 11 ciudades internacionales (Fig. 11 y 12). Barcelona está incluida en el estudio con datos que hacen referencia a la longitud de la red de metro, al número total de estaciones, al número total de viajes al año y a la distancia entre estaciones. Aunque no dispone de una longitud considerable de su red de metro y de un volumen sustancial de viajes anuales, en comparación con otras ciudades como Nueva York, Londres, Tokyo y París , Barcelona destaca por una distancia reducida entre sus estaciones (alto nivel de accesibilidad – 0.7 km, igual que París, frente a los 1.6 km en Tokyo y 1.5 km entre estaciones en Londres) y un número grande de viajes en metro, por habitante y por año (73 de viajes por habitante, en comparación con 84 de viajes por habitante en Tokyo y Londres y 85 en Nueva York, a pesar de tener una red más corta de metro que estas tres grandes ciudades 4). 4

JULIÀ SORT, Jordi; Redes metropolitanas / Metropolitan Networks; Ed. Gustavo Gil SA, 2006, Barcelona (pag 40) 21

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Fig. 11 Comparación entre el transporte público en metro de las grandes ciudades del mundo (Fuente: JULIÀ SORT, Jordi; Redes metropolitanas / Metropolitan Networks; Ed. Gustavo Gil SA, 2006, Barcelona) Fig. 12 Comparación entre el transporte público de las grandes ciudades del mundo (Fuente: JULIÀ SORT, Jordi; Redes metropolitanas / Metropolitan Networks; Ed. Gustavo Gil SA, 2006, Barcelona) 22

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2.2 / El transporte en el Área Metropolitana de Barcelona. Perfil y envergadura Entre los años 2001 – 2009 se ha notado un aumento significativo de la demanda de transporte público en el Área Metropolitana de Barcelona, de 755 milliones de viajeros transportados en 2001, a 914 milliones en 2009, con el auge alcanzando los 934.8 milliones de viajeros transportandos en 2008 (Fig. 13). Es muy probable que la crisis económica mundial y la recesión de 2009 – 2010 tengan su repercusión sobre el volumen total de pasajeros en transporte público. Entonces, lo que esto significa es que, desde cuanto se ha implantado el sistema tarifario integrado, en 2001, hasta el 2009, la demanda de transporte público ha aumentado un 21% 5. Fig 13 Evolución de la demanda de transporte público en Barcelona (2001 – 2009) (Fuente: TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona)

Fig 14.1 Distribución del transporte dentro de Barcelona y en el Área Metropolitana, en 2008 (Fuente: Dades bàsiques 2008 v.02; Direcció de Serveis de Mobiitat del Ajuntament de Barcelona, 2009, Barcelona) 5

TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona (pag 4) 23

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Fig 14.2 Distribución del transporte dentro de Barcelona y en el Área Metropolitana, en 2008 (Fuente: Dades bàsiques 2008 v.02; Direcció de Serveis de Mobiitat del Ajuntament de Barcelona, 2009, Barcelona) En el año 2008 también, el parque de vehículos de Barcelona ha disminuido un 0.1%, con una merma de 1.3% en el caso de los coches y 7.7% reducción en el caso de las furgonetas. El parque de motocicletas en cambio, ha registrado en 2008 un crecimiento de 4.9%. En 2008 se ha registrado un fuerte decrecimiento de 26.9% del número total de vehículos nuevos matriculados en Barcelona. En 2008 también, la proporción entre el número de personas que se desplazan a pie o en bicicleta y los que se desplazan en transporte público y privado, ha sido de 44.5% a pie y en bici, 35.9% en transporte público y 19.6% en transporte privado (Fig. 14). Esta proporción es muy interesante porque demuestra claramente la tendencia de usar más el transporte público que el transporte privado en la ciudad de Barcelona, teniendo en cuenta las múltiples ventajas que el primero ofrece. La compacidad de la ciudad y la alta densidad de habitantes por kilómetro cuadrado, dan una proporción considerable de 44.5% de personas que se desplazan a pie o en bici en la ciudad de Barcelona. En el Área Metropolitana de Barcelona, la proporción de gente que se desplaza a pie o en bici es mucho menor, de 8.2%, y la gente que se desplaza en transporte público es de 48.2% y en transporte privado, de 43.6%. Por eso, se puede argumentar que, dentro de la ciudad, el modo de transporte predominante es ir a pie, y en el Área más grande la de ciudad, los desplazamientos se realizan en transporte público. 2.3 / El transporte en metro en el Área Metropolitana de Barcelona. Perfil y envergadura En 2008 el metro ha registrado un crecimiento de 1.7%, respecto al año anterior y, conforme con las gráficas 6, la importancia que el metro tiene en la distribución de los medios de transporte en común es evidente y en aumento continuo hasta 2008 (Fig. 15 y 16). Tanto en los desplazamientos dentro de la ciudad de Barcelona, como en los desplazamientos en el Área Metropolitana de Barcelona, el metro es el medio de transporte público predominante, con 14.8% en la ciudad y 9.9% en el Área Metropolitana de Barcelona.

Conforme con www.gencat.cat, accesado el 27 de junio de 2010 y con Dades bàsiques 2008 v.02; Direcció de Serveis de Mobiitat del Ajuntament de Barcelona, 2009, Barcelona (pag 17 y 20) 24

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Fig 15 Distribución del transporte en la Región Metropolitana de Barcelona; Evolución 1997 ‐ 2008 (Fuente: www.gencat.cat, accesado el 27 de junio de 2010)

Fig 16 Distribución del transporte en la Región Metropolitana de Barcelona; Evolución 1997 ‐ 2008 (Fuente: www.gencat.cat, accesado el 27 de junio de 2010) 25

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El metro de Barcelona contaba en 2009 con 7 líneas (8 líneas en 2010 con la nueva Línea 10 Azul Claro), 93.3 km longitud de la red, 120 de trenos / hora y sentido, 361.7 milliones de viajes y una recaptación anual de 201 milliones de euros (Fig. 17 y 18). Conforme con las gráficas 7, la línea de metro más larga y más transitada es la Línea 1 Roja, seguida por la Línea 3 Verde. La Línea 4 Amarilla, aunque la tercera más larga (17.3 km), es la cuarta más eficiente en términos de volumen de pasajeros (48.9 miliones). Fig 17 Longitud de la red de metro de Barcelona y volumen de viajen en metro en 2009 (Fuente: TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona) 7

Conforme con www.gencat.cat, accesado el 27 de junio de 2010 y con Dades bàsiques 2008 v.02; Direcció de Serveis de Mobiitat del Ajuntament de Barcelona, 2009, Barcelona (pag 2) 26

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Fig 18 Comparación entre las líneas de metro de Barcelona, en 2009: número de estaciones de metro y trenes / hora y sentido (Fuente: TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona) CAPÍTULO III | DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INVESTIGACIÓN 1 / Hipótesis de trabajo Las hipótesis de trabajo son: - se han elegido dos estaciones de metro sencillas en su geometría; no son estaciones cruce de líneas de metro, no son estaciones intermodales que se conectan con servicios de cercanías o de trenes y no son estaciones terminus de líneas. También se han elegido estaciones situadas en la misma línea de metro (Linea 3 Verde), para facilitar cálculos y comparaciones en algunos casos; - la estación Drassanes es estación de superficie; entre la cota de la calle y la cota del andén hay una diferencia de 4.4 metros; entre la cota inferior del techo de las vías de metro y la cota de la calle hay una diferencia de 1 metro; la superficie total de la estación es de 2682 m², incluyendo el espesor de los muros exteriores; en el año 2008, la estación de Drassanes ha sufrido una remodelación completa en su interior, a nivel de acabados, instalaciones, señalización, accesibilidad; la intervención ha sido realizada por la oficina de arquitectura de Barcelona on‐a arquitectura (Eduardo Gutiérrez Munné, Jordi Fernández Río); la estación Drassanes tiene 3 accesos mediante escaleras y 2 accesos mediante ascensores; Drassanes es una estación con un tránsito de viajeros más grande que Penitents (29747 viajeros al día laborable en Drassanes, versus los 7993 viajeros al día laborable en Penitents 8; vease también el Anexo 4); este hecho se debe a la proximidad de la estación de la zona del Puerto turístico de Barcelona y de la zona turística de Las Ramblas y el Barrio Gótico;

Según los datos proporcionados por el señor Enric Vilar del Departamento de Estudios y Proyectos de TMB 27

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- la estación Penitents es estación de profundidad; entre la cota de la calle y la cota de andén hay una diferencia de 26 metros; entre la cota inferior del techo de las vías de metro y la cota de la calle hay una diferencia de 22 metros; debido a la profundidad a la que se sitúa, la superficie de esta estación es más grande: 3495 m²; la estación Penitents no ha sufrido ningún tipo de intervencion de gran envergadura a nivel de acabados, solamente intervenciones comunes a nivel de instalaciones, señalización, accesibilidad (ascensores); la estación Penitents tiene 2 accesos mediante escaleras y 1 acceso mediante ascensor; también hay otros 2 ascensores interiores; ESTACIÓN DE METRO DRASSANES – ESTACIÓN DE SUPERFICIE

Fig. 19 Plano de situación – estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: oficina de arquitectura on‐a, Eduardo Gutiérrez Munné, Jordi Fernández Río)

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Fig. 20 Plano general de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: oficina de arquitectura on‐a, Eduardo Gutiérrez Munné, Jordi Fernández Río) Fig. 21 Sección transversal “a” de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: oficina de arquitectura on‐a, Eduardo Gutiérrez Munné, Jordi Fernández Río) 29

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Fig. 22 Secciones longitudinales “b”, “c” y “d” de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: oficina de arquitectura on‐a, Eduardo Gutiérrez Munné, Jordi Fernández Río)

Fig. 23 Modelo 3d de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia) 30

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Fig. 24 Modelo 3d de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia)

Fig. 25 Andén de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: www.on‐a.es) 31

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ESTACIÓN DE METRO PENITENTS – ESTACIÓN DEPROFUNDIDAD Fig. 26 Plano de situación – estación Penitents, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propria) 32

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Fig. 27 Planos generales de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia) 33

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Fig. 28 Secciones transversales “a” y “b”, y sección longitudinal “c” de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia)

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Fig. 29 y 30 Modelos 3d de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia) 35

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Fig. 31 Andén de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: fotografía propia) Fig. 32 Sección transversal de la ciudad de Barcelona; tramo Drassanes – Penitents de a Línea 3 (Verde) del metro de Barcelona (Fuente: elaboración propia) 36

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- en cuanto al análisis del confort térmico, se consideran las condiciones térmicas del exterior en un punto dado y las condiciones térmicas del interior de cada estación, en un punto dado, en el centro de uno de los andenes; - se supone que en verano la temperatura del interior de una estación de metro tendría que ser menor que la temperatura exterior de la estación, debido a la temperatura constante de la masa de tierra envolvente de circa 18ºC durante todo el año (en invierno haría calor en el interior del metro porque los 18 ºC que la masa de tierra y su inércia proporcionarían, son más que la temperatura exterior de circa 5 ºC; en verano haría fresco en el interior del metro porque los 18 ºC del interior serían menos que la temperatura exterior de circa 27 ºC); sin embrago, como se ha afirmado antes, a lo largo de los últimos años, se ha constatado un ambiente térmico excesivamente caluroso en verano dentro del metro de Barcelona; una hipótesis de este fenómeno seria que la introducción de muchas instalaciones consumidores de corriente eléctrica en el ámbito de las estaciones metro, podrían generar un aumento de las temperaturas interiores; estas instalaciones serían: Instalaciones de luz Instalaciones de ventilación (calentar y/o enfriar) Instalaciones de información - altavoces - pantallas video tipo LED - proyectores video y pantallas - postes de información - paneles publicitarios iluminados - cámaras de videovigilancia Ascensores Escaleras mecánicas Máquinas de venta de billetes de viaje Puertas mecánicas de acceso y salida de los andenes Máquinas de venta de productos alimenticios (bebidas, dulces) Fotomatón Porción de cableado necesario para el funcionamiento de los trenes; - otra hipótesis sería que los trenes mismos que pasan por las estaciones, a través de las máquinas de refrigeración que tienen encima en verano para proporcionar aire acondicionado al interior de los trenes, causarían un aumento considerable de la temperatura interior de los andenes de metro; estas máquinas extraen el calor del interior de los trenes, más una proporcion de 25%, y lo expulsan todo en los túneles de metro y en los andenes de las estaciones; el sistema de ventilación propio del metro no hace frente a una cantidad tan grande calor y este calor queda atrapado dentro de la red de túneles, está empujado por los trenes que pasan en ambas direcciones y, finalmente, llega al nivel de las estaciones y crea un ambiente desagradable para los pasajeros; dentro de los trenes la temperatura sería de 23ºC, pero en los andenes de metro la temperatura sería de 30ºC, generando aún más discontento y malestar entre los viajeros; - la semana elegida para la realización de las mediciones en las dos estaciones de metro en cuestión, ha sido la semana 21 – 27 de junio de 2010; durante esta semana, una serie de eventos han influenciado en gran medida el funcionamiento del metro de Barcelona y el flujo de pasajeros, en comparación con cualquier otra semana de verano; estos eventos son: la primera semana calurosa de pleno sol de verano propiamente dicho, después de un invierno y una primavera muy lluviosos y fríos el inicio tradicional del verano con el solsticio de junio (21 de junio) la Noche de San Joan (verbena entre 23 – 24 de junio, entre miércoles noche y jueves día). Este evento supuso el funcionamiento continuo de 24 horas del metro de Barcelona el día de San Joan mismo fue día festivo en Barcelona, lo que se tradujo en un puente de 4 días para la ciudad (jueves – domingo inclusive) el viernes, día 25 de junio, fue el día del partido entre España y Chile en el Campeonato Mundial de Fútbol de África de Sur el sábado, día 26 de junio, se inauguraron las estaciones La Sagrera y Onze de Setembre de las nuevas líneas del metro de Barcelona, la Línea 9 y a Línea 10 (L9 y L10) 37

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el domingo, día 27 de junio, tuvo lugar el concierto Aerosmith en el Palau Sant Jordi de Barcelona; - en cuanto a los consumos energéticos de cada una de las dos estaciones en cuestión, la fuente exacta de energía queda desconocida; lo que si se sabe es que se utiliza energía eléctrica a lo largo de la red de metro, pero se desconoce la naturaleza de esa energía (no se sabe si es energía eléctrica convencional, hidroeléctrica, nuclear, solar, eólica, ni la proporción de cada tipo); los especialistas de TMB saben que la electricidad para la red entera de metro se compra de la red de electricidad ENDESA, pero se trata de una mezcla de energía, de una cesta de energía eléctrica (convencional, nuclear, eólica) y se va a utilizar el valor de emisiones de CO2 por kWh especificado por ENDESA, de 0.37 kg CO2 eq por kWh; - en el cálculo de las emisiones de CO2 de la fase de obras de las dos estaciones, se toman en consideración todos los materiales de construcción utilizados para la estructura, las divisiones, los acabados y las instalaciones de la estación (y su energía incorporada); en el cálculo de las emisiones de CO2 generadas durante el funcionamiento corriente de la estación, solo se toma en consideración el consumo energético (de electricidad) de cada estación y se excluye el consumo energético del material móvil (los trenes con sus consumos respectivos de electricidad para funcionar correctamente y para su aire acondicionado), y la energía embebida y las emisiones de CO2 asociadas a la extracción de materiales y producción de los trenes de metros, de las escaleras mecánicas, pantallas video, cámaras de videovigilancia y otras instalaciones eléctricas de cada estación de metro; - no se utilizan simulaciones (software) térmicas del ambiente del metro, ni cálculos térmicos, pero se tiene previsto el uso de simulaciones y de cálculos para la próxima fase del estudio; lo varios software que se podrían utilizar y los métodos de cálculo específicos, se describirán en un capítulo ulterior. -

2 / Metodología de trabajo Un aspecto muy importante de la metodología de trabajo es la posibilidad de cruzar información de origen diferente. En el caso concreto del confort termico, se trabaja basicamente con mediciones realizadas in‐situ. Las mediciones se han realizado en la semana 21 – 27 de junio de 2010, de lunes a domingo inclusive, es decir, cerca del solsticio de verano, en las dos estaciones de metro (Drassanes y Penitents). Las mediciones se han realizado cada hora, tanto en una estación, como en la otra, en el intervalo 06:00 – 23:00, en relación con el horario del metro de Barcelona (06:00 – 00:00). Aunque durante el fin de semana el metro tiene un horario de 24 horas, las mediciones se han hecho en el mismo intervalo 06:00 – 23:00. Los datos que faltan del intervalo 00:00 – 06:00, se han aproximado a través del método de interpolación lineal. Las mediciones de la temperatura del aire (TºC), de la temperatura superficial (TºC), de la humedad relativa del aire (%) y de la velocidad del aire (m/s), se han hecho en el exterior de las estaciones, en la calle, encima de las vías de metro, y en el interior de las estaciones, en un punto elegido en medio de uno de los andenes (andén dirección Zona Universitaria en Drassanes y Penitents) y dentro de los trenes de metro. La temperatura superficial es la de la calle encima de las vías de metro en el exterior, y la de la parte visible del techo encima de las vías de metro en el interior. También las mediciones se han hecho fuera de los momentos cuando pasa un metro por la estación. Los instrumentos de medición han sido: - Termo – Higrómetro (Modelo Chy 621C Taiwan Hygrometer) > para la temperatura (TºC) y la humedad relativa del aire (%) - Termómetro radiación (Fluke IR Thermometer 66) > para la temperatura superficial de los materiales (TºC) - Termo – Anemómetro (Model AZ – 8903 AZ Instrument Taiwan Thermo – Anemometer) > para la velocidad del aire (m/s) También una serie de mediciones se han realizado dentro de los vagones de metro, para poder identificar cual es la diferencia de temperatura entre el exterior (la calle), el interior (el anden) y el vagón de metro, y para investigar si existen razones de preocupación por la salud de los pasajeros y por su bienestar térmico (cuestiones de choque térmico). Lo que más importa es la diferencia entre un ámbito microclimático situado muy cerca de la superficie (la estación Drassanes) y un ámbito microclimático situado muy lejos de la superficie, muy profundo en la tierra (la estación Penitents). Como se reflejan las condiciones atmosféricas exteriores en las condiciones térmicas interiores del metro, cual es el tiempo de retardo en lo que concierne la influencia de las condiciones atmosféricas exteriores sobre las condiciones térmicas interiores de cada estación, cual es la participación de la masa térmica y de la inércia de la tierra, cual es la participación de las instalaciones eléctricas fijas de la estación, cual es la participación de los trenes en su paso por cada tipo de estación y cual es la 38

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participación del número de viajeros, todas estas cuestiones presentan un interés especial para el presente estudio. Para ello, se cruzarán informaciones esenciales como la comparación entre (1) las temperaturas exteriores de las dos estaciones, (2) las temperaturas interiores de las dos estaciones, (3) las temperaturas exteriores versus las temperaturas interiores de cada estación, (4) la temperatura del aire exterior e interior versus la temperatura de radiación exterior e interior en las dos estaciones, (5) las humedades relativas exteriores de cada estación, (6) las humedades relativas interiores de cada estación, (7) la humedad relativa exterior versus la humedad relativa interior de cada estación, (8) la temperatura exterior versus la humedad relativa exterior de cada estación, (9) la temperatura interior versus la humedad relativa interior de cada estación, (10) la temperatura del aire exterior e interior versus la velocidad del aire exterior e interior en las dos estaciones, (11) la temperatura interior de los vagones de metro versus la temperatura exterior de las estaciones, (13) la temperatura interior de los vagones versus la temperatura interior de las estaciones. Lo que realmente se puede comprobar con los datos de temperatura y humedad relativa medidos in‐situ, es la superposición de cada medición acoplada temperatura – humedad relativa con la zona de confort térmico en verano, tal y como aparece detallada en el ábaco de Givoni. Se introducirán los datos de temperatura y humedad relativa exteriores e interiores en el mismo ábaco de Givoni, por cada día y por cada estación. Entonces se notarán efectivamente los problemas de (dis)confort térmico, si demasiados puntos de acoplación temperatura – humedad relativa quedasen fuera de la zona de confort, especiamente en lo que concierne los puntos interiores de medición. En función de los resultados, se formularán las hipótesis correspondientes a cada situación. Después, las mediciones se interpretarán en función de su complejidad y, ulteriormente, las conclusiones se compararán con los textos científicos publicados sobre el mismo tema. En esta fase del trabajo, no se utilizarán simulaciones software, ni cálculos del balance térmico, pero se investigarán sobre cuales serían las mejores opciones de programas software de simulación del confort térmico y los mejores métodos de cálculo para este tipo muy específico de espacio arquitectónico. En el caso de los consumos energéticos y de las emisiones de CO2, se hará un listado de todas las instalaciones que funcionan a base de energía eléctrica y un listado de todos los materiales de construcción empleados en la obra inicial (y reforma) de las dos estaciones de metro. El listado de las potencias instaladas de las instalaciones de cada estación, dará un consumo estimado final que se expresará en kWh (después convertidos en MJ), transformables en emisiones de CO2 conforme con las estimaciones de ENDESA, el proveedor de energía de la red de metro de Barcelona (0.37 kg CO2/ kWh). El listado de los materiales de construcción empleados en la obra inicial (y reforma) de las dos estaciones dará un consumo de energía final que se expresará en MJ, transformables en emisiones de CO2 directamente, conforme con el banco de datos medio‐ambientales para cada tipo de material de construcción de ITEC. En función del número de personas que pasan por cada estación cada día (laborable: 29747 viajeros en Drassanes y 7993 viajeros en Penitents 9), se puede hacer una estimación de la cantidad anual de energía (MJ/cápita) y de las emisiones anuales de CO2 (kg CO2 equiv/cápita) que cada pasajero “lleva encima” porque utiliza el transporte público y porque las estaciones se han tenido que construir y se tienen que alimentar con energía cada día. Los valores para los consumos de electricidad y las emisiones de CO2 asociadas al funcionamiento de los trenes mismos quedan desconocidos. Igualmente, los valores de la energía embebida y las emisiones de CO2 asociadas a los ciclos de vida de los trenes de metro y de las instalaciones de las estaciones de metro (escaleras mecánicas, ascensores, cámaras de videovigilancia, pantallas LED etc), quedan fuera del esfera de análisis del presente estudio. Solo se puede trabajar con los valores de energía y CO2 asociado, procedente de la infraestructura construida del metro (estaciones). Estos cálculos se compararán con los textos científicos encontrados sobre los mismos temas, con la información estadística internacional disponible (datos procedentes del International Energy Association, del US Energy Information Administration), y, finalmente, con las metas establecidas por el Protocolo Internacional de Kyoto (Japón, diciembre de 1998) y por la Agenda 20‐20‐20 de la Comisión Europea (Bruselas, Bélgica, diciembre de 2008). Al mismo tiempo, sería muy interesante averiguar en cuanto tiempo se ahorran las emisiones de CO2 debidas a la construcción de una estación de metro y al funcionamiento diario de dicha estación, si todos los viajeros que utilizan el metro eligen siempre ir en metro en vez de ir en coche privado (que emite más emisiones de CO2 que ir en metro). Un aspecto sumamente importante de la investigación han sido las reuniones con los arquitectos de la reforma de la estación de Drasssanes (on‐a arquitectura), que han proporcionado información vital para el desarrollo del estudio, y con los miembros del personal de TMB, responsables de la infraestructura construida del metro, de las instalaciones, del material móvil (los trenes), de los proyectos de investigación y estudios. Gran parte de la información reunida en este estudio proviene del personal de TMB y las citas correspondientes se señalarán debidamente a lo largo del texto presente. Cabe añadir que el 9

Según los datos proporcionados por el señor Enric Vilar del Departamento de Estudios y Proyectos de TMB 39

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trato con los diferentes especialistas de TMB ha sido el que más tiempo y formalidades ha requerrido, dado el tamaño de la empresa y el grado de responsabilidad de su personal de alto cargo. Se trata de un periodo total de 6 meses de reuniones, de negociaciones y de cambio de información (marzo – agosto de 2010). Sin embargo, su apoyo y aportación han sido sustanciales a lo largo de la investigación. SITUACIÓN AMBIENTAL PARÁMETROS Unid. EXTERIOR INTERIOR Calle Andén (+ Vagones de metro)

SITUACIÓN TÉRMICA

Temperatura exterior del Temperatura interior del aire aire TEMPERATURA

(ºC)

HUMEDAD RELATIVA

(%)

Humedad relativa del aire Humedad relativa del aire exterior interior

VELOCIDAD DEL AIRE

(m/s)

Velocidad del aire exterior

Velocidad del aire interior

Temperatura superficial de Temperatura superficial de los materiales en el los materiales en el interior exterior

¿ COMO ?

SITUACIÓN ENERGÉTICA

Unid.

INICIAL

CORRIENTE

MJ/cápita

SITUACIÓN CONTAMINANTE

Unid.

Energía embebida en los materiales de la obra / reforma INICIAL

Energía necesaria para el funcionamiento de la estación (al día / mes / año) CORRIENTE

kg equivalente para los equivalente para el CO2/cápita materiales de la obra / funcionamiento corriente de

Emisiones

MEDICIONES IN‐SITU COMPARACIÓN CIENTÍFICOS

CON

TEXTOS

PROPUESTAS DE CÁLCULO

CO2 Emisiones

CO2

reforma

la estación al día / mes / año

¿ COMO ?

CÁLCULOS + ESTIMACIONES

COMPARACIÓN CIENTÍFICOS

CON

TEXTOS

COMPARACIÓN CON INFORMACIÓN ESTADÍSTICA INTERNACIONAL COMPARACIÓN CON LAS METAS DEL PROTOCOLO DE KYOTO Y DE LA AGENDA 20‐20‐20 40

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CAPÍTULO IV | ESTUDIOS CIENTÍFICOS PREVIOS SOBRE EL TEMA DEL CONFORT AMBIENTAL EN LAS ESTACIONES DE METRO A continuación, se hará una presentación de los trabajos científicos relevantes publicados sobre el mismo tema de investigación que el presente estudio. Todos los datos presentados serán extremadamente útiles, tanto para la fase actual del estudio, como para las fases ulteriores del mismo. La información seleccionada marcará ciertas páutas de investigación, ciertos modos de interpretar los datos obtenidos a lo largo del trabajo y representa una especie de soporte práctico y teorético del presente (y del futuro) de la investigación en cuestión. 1/ Ampofo, Maidment y Missenden: el estudio microclimático más amplio de una red de metro (London Underground) El estudio científico más amplio y más cercano a la realidad del metro de Barcelona ha sido realizado en el año 2003 y ha sido presentado en la publicación de especialidad Applied Thermal Engineering número 24, en 2004. Se trata de una investigación propuesta y dirigida por Ampofo, Maidment y Missenden de la Facultad de Ingeniería, Ciencias y Medio Construido de la London South Bank University, de Londres. El análisis se concentra en las condiciones térmicas del metro de Londres (London Underground), especialmente en las dificultades de bajar las altas temperaturas constatadas a lo largo de los años en toda la red de metro de Londres. Esmás, tratándose de una red de metro diseñada y construida hace más de un siglo atrás, se constata que las condiciones de las estaciones de metro y de los túneles estrechos de profundidad son muy particulares y un nivel de confort térmico es muy difícil de alcanzar si las metas establecidas no son muy objetivas y reales. Es decir, no se puede comparar el confort térmico de una red de metro con el confort térmico de un edificio de oficinas. Intentar bajar las temperaturas en el metro mediante sistemas convencionales de aire acondicionado, que se encuentran normalmente en los edificios de oficinas, puede resultar muy poco eficiente desde el punto de vista energético y económico. El propósito declarado de los investigadores ha sido el deseo de evitar las quejas de los pasajeros en cuanto a las condiciones térmicas del metro, para impedir la transferencia de pasajeros del metro a otros medios de transporte menos sostenibles. 10 Los investigadores también notan que las propias operaciones de funcionamiento del metro, acopladas con un clima exterior cálido (veranos o climas calientes en general), pueden generar condiciones térmicas inaceptables para los pasajeros, si no se interviene a nivel de enfriamiento del aire ambiente. Los investigadores han dividido su trabajo en 3 partes: primera parte enfoca aspectos de definición del confort térmico, la segunda parte investiga las “cargas” térmicas en el microclima del metro, y la tercera parte propone varios métodos de enfriar el ambiente del metro. Las tres partes serán presentadas y discutidas en el presente estudio porque sirven como base principal de referencia para la investigación de las condiciones térmicas del metro de Barcelona, que se han intentado definir, medir e interpretar a lo largo de los 6 meses de trabajo (marzo – agosto de 2010). 1.1 / Primera parte: Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort En la primera parte 11 de la investigación de Ampofo, Maidment y Missenden, se intenta definir el concepto de confort térmico en general y después, de confort térmico en el caso del ambiente del metro. También, los investigadores, en esta primera parte, intentan recoger toda la literatura científica que se ha publicado con respecto al tema del confort térmico en el metro. Ellos citas una serie de publicaciones que también serán discutidas más en detalle en el presente estudio. Basicamente se trata de los trabajos siguientes: - las escalas de confort de Fanger basadas en el PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied – Porcentaje Previsto de Disatisfechos) y el PMV (Predicted Mean Vote – Voto Promedio Previsto), publicadas en su trabajo “Thermal Comfort: Analysis and Application in Environmental Engineering” 12, en 1970 en los Estados Unidos

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 (pag 612) 11 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 12 FANGER, P.O.; Thermal Comfort: Analysis and Application in Environmental Engineering; McGraw – Hill, New York, 1970 41

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la gráfica de confort térmico de Parker, publicada en su trabajo “Air‐conditioning related to passenger environment” 13, en 1972 en el Reino Unido la gráfica de confort térmico de Bell y Watts, publicada en su trabajo “Thermal limits for industrial workers” 14, en 1971 en el Reino Unido el informe número 70180/1 de BSRIA 15 (UK Building Services Research and Information Association), que solicitó el Departamento para el Medio Ambiente, el Transporte y las Regiones (DETR) en el Reino Unido, después de un estudio amplio que incluyó mediciones físicas y encuestas al público en 2 estaciones del metro de Londres en 2000 la investigación 16 de Oakland Innovation and Information Services de Cambridge realizada en 2002 en el Reino Unido, después de la solicitud realizada por el London Underground Ltd. (Metro de Londres) el índice de calor relativo (RWI – Relative Warmth Index) propuesto en el SES – Principles and Applications de la segunda edición de Subway Environmental Design Handbook 17, en 1976 en los Estados Unidos y relacionado con el PPD por la American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers (ASHRAE) la investigación de Arsenal Research solicitada por el Ministerio Federal de Transporte, Innovación y Tecnología de Aústria en 2002 la investigación de Peter Ordody 18 realizada en el metro de Budapest, Hungría, en 2000 la investigación de Chow 19 y de Chow y Yu 20 realizadas en el metro de Hong Kong, China, en 2000 y 2002.

Ampofo, Maidment y Missenden empiezan la primera parte de su estudio con la definición del confort térmico proporcionada por el Estándar Internacional ISO 7730: “El confort térmico es aquella condición psicológica que expresa satisfacción con el ambiente térmico” 21. Los autores observan que la definición es correcta, pero, siendo muy subjetiva, no se puede convertir facilmente en parámetros objetivos de confort. Los autores también sugieren que estados subjetivos de confort pueden ser : “muy caluroso (hot)”, “caluroso (warm)”, “un poco caluroso (slightly warm)”, “neutral”, “fresco (cool)”, “un poco frío (slightly cool)”, “frío (cold)”. En cada condición extrema de calor o frío, las reacciones físicas del cuerpo son la transpiración o el temblor, seguidas por choque de calor (ingl. heat stroke) o hipotérmia. Por eso, la temperatura del cuerpo se tiene que mantener entre 36 ºC y 38 ºC porque temperaturas más altas del cuerpo pueden dañar los tejidos celulares. Los autores continúan, explicando que el centro de control de la temperatura del cuerpo humano está situado en el cerebro, en el hipotálamo, y temperaturas por encima de 42 ºC lo pueden dañar irreversiblemente, causando la muerte del sujeto. Un sistema muy eficiente de control de la temperatura del cuerpo humano es la evaporación de la transpiración propia, especialmente a humedades relativas bajas, pero existe el peligro de deshidratación si nu se bebe agua suficiente. Finalmente, los autores concluyen que el confort térmico de un sujeto humano depende del ambiente donde esté situado. Los factores que son esenciales en su combinación óptima para permitir al cuerpo perder calor confortablemente, son la temperatura del aire, la temperatura de radiación y la temperatura del punto de rocío, según los autores. Esmás, se pierde más calor y humedad en condiciones muy calurosas y secas, que en aire frío y quieto; por eso, los autores subrayan la importancia de la ventilación, vista como cambio de aire fresco entre un espacio interior y el exterior. El aire en movimiento es por ello, muy importante en condiciones de temperaturas y humedades altas. Los autores concluyen este apartado de fisiología del control de la temperatura propia del cuerpo humano, enfatizando la capacidad del mismo de hacer frente a un espectro muy amplio de temperaturas, a través de su sistema involuntario de control de la temperatura propia, pero mediante la vestimenta elegida 22. 13

PARKER, J.C.; Air‐conditioning related to passenger environment; C32/72, Railway Division Conference on Passenger Environment, IMechE, 1972 (pag 58 – 62) 14 BELL, C.R.; WATTS, A.J.; Thermal Limits for industrial workers; Br. J. Ind. Med. 28, 1971 (pag 259 – 264) 15 BOOTH, W.B.; GALLIERS, S.D.; Quality environments for public transport buildings, BSRIA report, DETR ref.no. CI 38/6/160, ref. no. SS70180, 2001 16 Oakland Innovation and Information Services Ltd., 18 Cambridge Science Park, Milton Road, Cambridge, CB4 0FH, Thermal Comfort on trains, 2002 17 SES, Principles and Applications, second ed., Subway Environmental Design Handbook, vol.1, marzo 1976 18 ORDÓDY, Péter; Thermal Comfort in the passenger areas of the Budapest Metro; Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No 2, 2000 (pag 309 – 317) 19 CHOW, W.K.; Ventilation of enclosed train compartments in Hong Kong, Appl. Energy 71, 2002 (pag 161 – 170) 20 CHOW, W.K.; YU, P.C.H.; Simulation on energy use for mechanical ventilation and air‐conditioning (MVAC) systems in train compartments, Energy 25, 2000 (pag 1 – 13) 21 “Thermal comfort is that condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment”; ISO 7730, Moderate thermal environments – determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, ISO, Ginebra, 1994 22 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 (pag 613) 42

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1.1.1 / Los índices PPD y PMV. Las escalas de Fanger El estudio continúa con los índices de Fanger, es decir el PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) y el PMV (Predicted Mean Vote), que han sido originalmente desarrollados para edificios. El índice PMV indica el valor promedio de las valoraciones subjetivas de un grupo de personas, en un ambiente dado. Este índice tiene una escala de 7 puntos, que van desde ‐3 (frío), hasta +3 (muy caluroso) 23, con 0 como valor de sensación térmica neutral. Aunque el PMV llegue a ser 0, siempre habrá un cierto número de indivíduos disatisfechos con el ambiente, aunque todos vistan igual y tengan el mismo nivel de actividad. Eso significa que el confort térmico es diferente para cada persona; es una sensación subjetiva. Este porcentaje de personas disatisfechas se ha denominado el índice PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). En este índice, las personas que votan ‐3, ‐2, +2, +3 en la escala PMV, son personas disatisfechas termicamente. El estándar ISO 7730 24 de 1995, indica una manera de calcular el PMV y el PPD, tal y como se indica en otra publicación científica austriaca, realizada por el Climatic Wind Tunnel Vienna 25 (Dipl.‐Ing. Gabriel Haller) y el Rail TEC Arsenal: PMV = (0.303 x e‐0.036M + 0.028) x { (M – W) – 3.05 x 10‐3 x [ 5733 – 6.99 x (M – W) ‐ pa] – 0.42 x [(M – W) – 58.15] – 1.7 x 10‐5 x M x (5867 ‐ pa) – 0.0014 x M x (34 ‐ Tim) – 3.96 x 10‐8 x fcl x [(Tim + 273)4 – (Tr + 273) 4 ] ‐ fcl x hc x (Tcl ‐ Tim)} donde: Tcl = 35.7 – 0.028 x (M – W) ‐ Icl x {3.96 x 10‐8 x fcl x[(Tcl + 273)4 – (Tr + 273)4 ] + fcl x hc x (Tcl ‐ Tim)} = 2.38 x (Tcl ‐ Tim) para 2.38 x (Tcl ‐ Tim)0.25 > 12.1 x var1/2 hc = 12.1 x var1/2 para 2.38 x (Tcl ‐ Tim)0.25 < 12.1 x var1/2 = 1.00 + 1.290 x Icl para Icl = 0.078m2 x ºC / W fcl PMV = Predicted Mean Vote M = metabolismo relacionado con la superficie del cuerpo humano [W/m2]; índice metabólico cuando uno está sentado: 1met = 58 W/m2 W = trabajo externo [W/m2]; para la mayoría de las actividades = 0 m2 = aislamiento de la vestimenta [m2 x ºC / W]; medido en unidades de vestimenta ; 1 clo (unidad de Icl vestimenta) = 0.155 m2 x ºC / W = índice de superficie vestida / superficie desnuda [ ‐ ] fcl = temperatura interior promedio [ºC] Tim = temperatura de radiación [ºC] Tr = velocidad relativa del aire [m/s] var = presión parcial del vapor de agua [Pa] definida por humedad relativa [%] y temperatura [ºC] pa = coeficiente de transferencia de calor por convección [W/m²K] hc = temperatura superficial de la vestimenta [ºC] Tcl La fórmula que define el PPD en relación con el PMV es: PPD = 100 – 95 x e –(0.03353 x PMV^4 + 0.2179 x PMV^2 ) Volviendo al estudio de Ampofo, Maidment y Missenden, estos aprecian que los índices PMV y PPD, aunque extensamente utilizados en los últimos 30 anos, no son absolutos ni fiables al 100% en su formulación y no pueden ser utilizados en cualquier proyecto, en cualquier circunstancia. 23

‐3 = frío; ‐2 = un poco frío; ‐1 = fresco; 0 = neutral; +1 = un poco caluroso; +2 = caluroso; +3 = muy caluroso ISO 7730, Moderate thermal environments – determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, ISO, Ginebra, 1995 25 HALLER, Gabriel; Thermal Comfort in Rail Vehicles; Climatic Wind Tunnel Vienna; RTA Rail Tec Arsenal, 2006, Viena (pag 7, 9) 43 24

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1.1.2 / La gráfica de confort térmico de Parker Continuando con los estudios previos analizados por Ampofo, Maidment y Missenden, una investigación muy interesante en cuanto a la definición del confort térmico, es el trabajo de J.C. Parker, en 1972, publicado en el Reino Unido. Este trabajo enfoca cuestiones de confort térmico, teniendo sujetos estadounidenses, en condiciones climáticas estadounidenses. Parker elaboró una gráfica (Fig. 33), definiendo zonas de confort térmico para verano e invierno, con temperatura del bulbo húmedo, temperatura del bulbo seco y humedad reativa del aire como parámetros, el flujo del aire siendo constante. En verano, la zona de confort térmico queda entre 19 ºC y 24 ºC. La gráfica de Parker se asemeja al ábaco de Givoni, que será presentado en un otro capítulo. Las conclusiones de Parker han sido que las condiciones de confort térmico de los sujetos estadounidenses pueden ser muy diferentes a las condiciones de confort térmico de otros países, dependiendo del clima local. Parker concluyó también que en los medios de transporte, un índice de 50% PPD es aceptable (un porcentaje más alto que en un edificio de oficinas por ejemplo), que los parámetros más importantes son la temperatura del bulbo seco, la velocidad del aire y la humedad relativa, pero que la temperatura de radiación es menos importante. Fig. 33 La gráfica de confort térmico de Parker (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004) 1.1.3 / La gráfica de confort térmico de Bell y Watts. La nomográfica En 1971, Bell y Watts han elaborado otra gráfica de confort térmico (Fig. 34), partiendo de unas encuestas hechas anteriormente por Bedford 26 y Hickish 27 para el Médico Jefe del British Railways Board. Las encuestas se han hecho para determinar las condiciones térmicas de trabajo en edificios industriales de la época. La gráfica de Bell y Watts, denominada nomográfica (ingl. nomograph), considera una velocidad media del aire de 0.05 – 0.15 m/s, y también define 2 zonas de confort: una para verano (la superficie de la gráfica entre las líneas AA‐CC) y otra para invierno (la superficie de la gráfica 26

BEDFORD, T.; The warmth factor in comfort at work; Medical Research Council and Department of Scientific and Industrial Research, Industrial Health Research Board Report, no. 76, 1936 27 HICKISH, D.E.; Thermal sensations of workers in light industry in summer, A field study in Southern England, J. Hyg., Camb. 53 (112), 1955 44

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entre las líneas BB‐DD). El trapezóide AD‐AD representa las condiciones aceptabes de confort térmico en general, para 80% de los pasajeros sentados. La Línea E1‐E1 indica la zona límite de confort térmico para el transporte de pasajeros, según Bell y Watts. Entre las líneas DD y E1‐E1, solo 50% de los pasajeros considerarían las condiciones térmicas de transporte como aceptables. Finalmente, el estudio concluye con el argumento que un índice PPD de 30‐50% es aceptable para un ambiente de transporte. Fig. 34 La (nomo)gráfica de confort térmico de Bell y Watts (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004) 1.1.4 / El informe BSRIA . La MUTS (Modern Underground Tube Station) y la OUTS (Old Underground Tube Station) En el año 2000, el informe BSRIA, resultado de un proyecto del Departamento para el Medio Ambiente, el Transporte y las Regiones (DETR) en el Reino Unido, ha analizado una serie de edificios relacionados con el transporte público, con el propósito de aumentar el nivel de uso de éste, en general. El informe contiene 6 edificios analizados en el Reino Unido: 2 estaciones de trenes, un aeropuerto, un puerto y 2 estaciones de metro de Londres. Las dos estaciones de metro han sido monitorizadas durante el verano de 2000: parte del equipo hizo mediciones físicas in‐situ, mientras que otra parte del equipo hacía encuestas entre los pasajeros que pasaban por cada una de las dos paradas de metro. La investigación se hizo en la zona de las taquillas y en los andenes, en los dos casos. Las estaciones elegidas han sido una estación moderna, nueva de metro (MUTS – Modern Underground Tube Station) y una estación antigua y profunda de metro (OUTS – Old Underground Tube Station). Las mediciones in‐situ han mostrado que la velocidad del aire dentro de una MUTS y de una OUTS también, varía entre 0.1 y 0.5 m/s, un 98% del tiempo la velocidad del aire siendo por debajo de 0.35 m/s. La temperatura del aire en una MUTS fue constante a lo largo de un día, entre 20 y 27 ºC, un 95% del tiempo la temperatura siendo por encima de los 22 ºC. La temperatura del aire dentro de una OUTS fue también constante a lo largo de un día, pero el espectro ha sido entre 27 y 30 ºC. La humedad relativa del aire no se midió, sino que se estimó a 50%, para poder calcular los índices PMV y PPD.

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En el caso de una MUTS, el PMV ha sido entre ‐0.5 (un poco frío) y +1.5 (caluroso), pero un 95% del tiempo ha sido entre ‐0.5 (un poco frío) y +1 (un poco caluroso). El PPD respectivo ha sido entre 5% y 40%, pero se mantuvo por debajo de 20% durante el 90% del tiempo. En el caso de una OUTS, el PMV ha sido entre +1 (un poco caluroso) y +1.5 (caluroso). El PPD respectivo ha sido entre 20% y 80%. La conclusión del estudio ha sido que el resultado de las encuestas y las mediciones in‐situ han correspondido completamente. Una cosa muy interesante ha surgido de este estudio. En el caso de una MUTS, 96% de los pasajeros han considerado el ambiente térmico de la estación adecuado y agradable, mientras que un 4% considero que el ambiente era demasiado caluroso. En el caso de una OUTS, en cambio, solo 36% han encontrado el ambiente termicamente agradable, mientras que un 63% de los pasajeros se han quejado porque el ambiente era demasiado caluroso. También los valores calculados de PMV y de PPD han correspondido completamente con las encuestas a los pasajeros. Con lo cual se puede deducir que una estación moderna (MUTS) es más confortable termicamente que una estación antigua, estrecha y muy profunda (OUTS). Las MUTS tienen una temperatura y una humedad relativa adecuadas, mientras que las OUTS tienen una temperatura y una humedad relativa demasiado altas (tal vez por causa de la profundidad de las estaciones y por la dificultad de ventilar espacios de ese tipo). 1.1.5 / La investigación de Oakland (Cambridge, Reino Unido) El próximo estudio incluido en el trabajo de Ampofo, Maidment y Missenden, detalla la investigación 28 de Oakland Innovation and Information Services de Cambridge realizada en 2002 en el Reino Unido, después de la solicitud realizada por el London Underground Ltd. (Metro de Londres). El proyecto de Oakland ha detallado los otros factores que, además de la temperatura del aire, influyen en el confort térmico de los pasajeros que viajan en metro. La humedad relativa del aire aparece como uno de los factores clave en la definición del confort térmico. Ampofo, Maidment y Missenden observan que una humedad relativa baja hace que el aire parezca más fresco, sin embargo éste puede tener efectos negativos sobre la salud humana. Una humedad relativa por debajo de 30% puede causar una sensación de sequedad en la nariz, en los ojos y en la garganta. Ademas, una humedad relativa baja facilita la circulación del polvo en el aire (generando problemas respiratorios, dolor de ojos, de nariz). Una humedad relativa alta hace que el aire parezca aún más caliente e inhibe la transpiración. En climas fríos, puede generar problemas de condensación. El estudio de Oakland insiste en la necesidad de tener trenes con sistemas de ventiación mecánica, para sustituir las ventanas abiertas con ventanas fijas. Las ventanas fijas permiten la circulación del aire cargado con polvo dentro de los vagones de metro y dejan entrar en los vagones el calor / el frío de los tuneles, anulando el efecto deseado de enfriamiento / calefacción del espacio interior del tren. Otro factor clave es la temperatura de radiación de las superficies envolventes de un espacio (techos, paredes, suelos), especialmente dentro de los vagones de metro. Por ello, se tiene que tener en cuenta el tipo de material elegido en cada situación (necesidad de calentar o de enfriar un espacio dado). Los techos muy calientes y bajos especialmente son un factor de disconfort térmico en condiciones de aglomeración de personas en espacios reducidos en tamaño, como son los vagones de metro. El flujo de aire también es importante para los autores del estudio Oakland, destacando el efecto de sensación de enfriamiento del ambiente que el movimiento del aire tiene, a diferencia del aire quieto. La vestimenta de los pasajeros también representa para el estudio Oakland un parámetro fundamental, considerándose que los pasajeros siempre estarán vestidos para estar en espacios exteriores. Por eso, en climas cálidos, la temperatura interior de las estaciones y de los vagones de metro tendría que ser un poco más grande que la temperatura interior de las estaciones y de los vagones de metro en climas fríos, porque la gente llevará menos ropa en climas cálidos que en climas fríos. 1.1.6 / El índice RWI y la gráfica de confort térmico de ASHRAE A continuación, Ampofo, Maidment y Missenden discuten el RWI – Relative Warmth Index propuesto en el SES – Principles and Applications de la segunda edición de Subway Environmental Design Handbook 29, en 1976 en los Estados Unidos y relacionado con el PPD por la American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers (ASHRAE). RWI se puede aplicar a ambientes de metro, según los autores, y su fórmula relaciona el índice metabólico, el aislamiento de la vestimenta, el aislamiento del perímetro de aire (ingl. “insulation of air boundary”), la temperatura del bulbo seco, el calor 28

Oakland Innovation and Information Services Ltd., 18 Cambridge Science Park, Milton Road, Cambridge, CB4 0FH, Thermal Comfort on trains, 2002 SES, Principles and Applications, second ed., Subway Environmental Design Handbook, vol.1, marzo 1976

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radiante incidente promedio y la presión de los vapores de agua. El RWI se asemeja al PMV y al PPD, pero, a diferencia de los dos, intenta hacer una diferenciación entre los ambientes diferentes de metro (oficinas, zona de acceso, andenes, vagones de trenes). ASHRAE ha propuesto una escala objetiva de apreciación del confort térmico en relación al RWI 30. Fig. 35 La gráfica de confort térmico de ASHRAE (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004) 1.1.7 / La experiencia austriaca. Análisis del confort térmico en el laboratorio El Ministerio Federal de Transporte, Innovación y Tecnología de Aústria solicitó a Arsenal Research en 2002 un estudio de los vehículos de ferrocarriles en funcionamiento, en términos de temperatura del aire, temperaturas superficiales, humedad del aire, velocidad del aire, vestimenta y nivel de actividad de los pasajeros. Todos los vagones estudiados tenían aire acondicionado, unos totalmente y otros solo parcialmente. La metodología de trabajo fue similar a la metodología descrita anteriormente para el informe BSRIA, incluyendo mediciones in‐situ y cálculos de PMV y PPD (situación térmica objetiva) y encuestas a los pasajeros (situación térmica subjetiva). Los resultados han sido similares para mujeres y para hombres, mostrando el hecho que la sensación térmica de (dis)confort es igual para ambos sexos. También se ha demostrado que si la temperatura exterior de un ambiente de transporte es moderada, la sensación de confort interior es neutral, pero si la temperatura exterior es alta, se nota un aumento significativo de pasajeros discontentos con el ambiente térmico. 1.1.8 / La experiencia húngara. La investigación de Ordody El penúltimo estudio de la primera parte de la investigación de Ampofo, Maidment y Missenden es el trabajo de Peter Ordody realizado en Budapest, Hungría, en 2000. El análisis de Ordody enfocó 5 estaciones de profundidad del metro de Budapest, situadas a 20 – 30 m debajo de la superficie y con una temperatura constante envolvente de la tierra de 12 – 14 30

RWI 0 = un poco frío; 0.08 = confortable; 0.15 = un poco caluroso; 0.25 = caluroso 47

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ºC a lo largo del año. Las mediciones realizadas por Ordody se hicieron en verano y en invierno, para poder contrastar la información obtenida. Los parámetros medidos han sido: temperatura del aire, humedad relativa del aire y velocidad del aire en varias zonas de las estaciones de metro elegidas. También se han calculado los índices PMV y PPD y los resultados han mostrado que en invierno PMV es “un poco frío” (‐1.4 < PMV < 0), mientras que en verano el PMV es “un poco caluroso” (0 < PMV < 1.4). El índice PPD se situó entre 5% y 30%, pero a veces subió hasta 80% por el efecto‐pistón (dos trenes que llegan en la msima estación al mismo tiempo, causando velocidades del aire de 6 – 8 m/s) y por la capacidad reducida de las estaciones húngaras. Lo que resultó realmente interesante ha sido la siguiente conclusión del investigador: en invierno, la temperatura interior del metro es 5‐10 ºC mayor que la temperatura exterior, mientras que en verano, la temperatura media del interior del metro es aproximadamente 5 ºC menor que la temperatura exterior. Cabe añadir que el metro de Budapest funcionaba, a la hora de la realización de la investigación de Ordody, sin aire acondicionado en los vagones de metro. La ventiación en los vagones se hacía mediante ventanas abiertas. Además, el investigador incluyó estaciones de superficie en su estudio. La conclusión fue que la temperatura interior de una estación de profundidad se ajusta a la temperatura exterior con un retardo de 30 días, mientras que, en el caso de una estación de superficie, la temperatura interior de la misma se ajusta inmediatamente a la temperatura exterior, debido a la proximidad de la superficie. Este trabajo se presentará en detalle más adelante. 1.1.9 / La importancia de la ventilación El último estudio presentado por Ampofo, Maidment y Missenden es el trabajo de Chow y de Chow y Yu, que han investigado la importancia de la ventilación para garantizar una concentración baja de dióxido de carbono en el aire de los vagones cerrados del metro de Hong Kong. Su conclusión ha sido que el nivel de dióxido de carbono se tiene que mantener a 0.1% del aire, proponiendo una tasa de renovación de aire de 8 litros / segundo (28.8 m³/h), en concordancia con los estándares 62‐1989 de ASHRAE. Eso significaría finalmente una tasa de ventilación de 0.01 m³/s por pasajero. Una de las conclusiones más importantes de esta primera parte del estudio de Ampofo, Maidment y Missenden 31 es que la idea del confort térmico aceptable en el ambiente del metro es muy difícil de definir en el sentido objetivo del asunto. Los autores proponen algunos parámetros del confort térmico: - PPD 40 – 50% (porque los pasajeros pasan poco tiempo en el metro en comparación con un edificio de oficinas por ejemplo) - Temperatura interior (bulbo seco) de 28 ºC - Humedad relativa del aire de 70% - Velocidad del aire de 0.15 m/s 1.2 / Segunda parte: Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load 1.2.1 / Introducción del modelo matemático de evaluación del confort térmico en una red de metro tipo La segunda parte 32 de la investigación de Ampofo, Maidment y Missenden, enfoca las denominadas “cargas” térmicas que influyen en el aumento de las temperaturas dentro del metro en general, utilizando un modelo matemático desarrollado por los investigadores especialmente para este estudio. Una situación particular que los autores presentan es la del metro de Londres, donde, en verano, la temperatura exterior puede llegar a los 30 ºC y más, mientras que en el interior del metro se han registrado temperaturas de hasta 37 ºC, siendo pués, muy difícil alcanzar niveles de confort aceptables para los pasajeros en estas condiciones. El modelo que los autores proponen, utiliza una red de metro ficticia, genérica, pero los datos físicos que han sido utilizados a lo largo de los cálculos, provienen de operadores de redes de metro reales. Las primeras hipótesis que los autores plantean son: la mayor contribución al calor generado dentro de una red de metro la tiene el mecanismo de frenado de los trenes, mientras que, para los vagones de metro, la mayor contribución la tiene el número de pasajeros a bordo. El modelo matemático ha sido escrito utilizando EES (Engineering Equation Solving language), un lenguaje de resolución de ecuaciones para los ingenieros. La mayor ventaja de EES es que tiene funciones psicrométricas incorporadas, permitiendo trabajar con nociones como temperatura y humedad relativa del aire. El modelo inicial elaborado por los 31

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 32 Idem 33 48

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investigadores trató de simplificar el problema, proponiendo métodos de cálculo para las diferentes “cargas” térmicas en una relación entre un túnel y un vagón de metro típicos. Con lo cual, las siguientes “cargas” térmicas han sido identificadas: - generación interior de calor: “cargas” térmicas propias del vagón de metro (ganancias de calor latente y de calor sensible) calor generado por el mecanismo de frenado del tren de metro calor generado por la iluminación del túnel de metro - “carga” térmica de transmisión (calor ce circula a través de las paredes del túnel) - calor debido a la ventilación (calor que entra en el túnel a través de los pozos de ventilación propios de la infraestructura del metro) Fig. 36 “Cargas” térmicas en el tunnel de metro (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004) El túnel de metro es cilíndrico en su sección transversal, con un diámetro interior de 2R. Las paredes extreriores del túnel tienen un espesor de a – R. El trozo de tierrra que se toma en consideración para transferencias de calor no va más allá de un radio b 33. Los autores aportan los datos de la temperatura del suelo de Londres, a diferentes profundidades, en meses diferentes: a una profundidad de 0.6 m, la temperatura del suelo varía entre 13 ºC en marzo y 19 ºC en agosto; a una profundidad de 1.20 m, la temperatura del suelo varía entre 14 ºC en marzo y 18.3 ºC en agosto; a una profundidad de 2.40,

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004 49

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la temperatura del suelo varía entre 15.6 ºC en marzo y 16.5 ºC en agosto; y finalmente, a una profundidad de 4.80m, la temperatura del suelo es constante todo el año, situándose a 15.6 ºC. El estudio fue realizado por Cockram y Birnie 34 en 1976.

Fig. 37 Temperaturas del suelo de Londres, a diferentes profundidades, según el estudio de Cockram y Birnie de 1976 (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004) 1.2.2 / La generación interior de calor a. Cargas térmicas propias del vagón de metro (ganancias de calor latente y de calor sensible) Los investigadores utilizan una serie de ecuaciones para determinar las ganancias de calor latente y de calor sensible que pueden generar un cambio de temperatura y de humedad dentro del túnel de metro: Fig. 38 “Cargas” térmicas propias del vagón de metro (ganancias de calor latente y de calor sensible) (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004)

COCKRAM, I.J.; BIRNIE, G.R.; The ventilation of London’s underground railways; 2 International Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, paper H2, pp. H2‐11‐H2‐26, 1976 50

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(1) (2)

Qsens = Qroof + Qwall + Qglass + Qfloor + Qpassen + Qtrlight Qlat = Qpaslat

donde: Qsens = ganancia de calor sensible dentro del vagón de metro [W]; Qroof = ganancia de calor por conducción a través del techo del vagón de metro [W]; Qwall = ganancia de calor por conducción a través de las paredes del vagón de metro [W]; Qglass = ganancia de calor por conducción a través de las ventanas del vagón de metro [W]; Qfloor = ganancia de calor por conducción a través del suelo del vagón de metro [W]; Qpassen = ganancia de calor sensible procedente de los pasajeros [W]; Qtrlight = ganancia de calor por la iluminación del tren de metro [W]; Qlat = ganancia de calor latente dentro del vagón de metro [W]; Qpaslat = ganancia de calor latente procedente de los pasajeros [W]. A continuación, los autores identifican el coeficiente de transferencia de calor exterior por convección: (3) hco = 7.8 x V0.8 donde: V = velocidad promedio del aire. También se toma en consideración el coeficiente de transferencia de calor interior, hci = 0.123 W/m²K. La transferencia de calor por conducción para el techo, las paredes, las ventanas y el suelo de los vagones, se ha definido de la siguiente manera: (4) Q = UA x (Ttu – Ttr) (5) UA = Σ A x Rt‐1

donde: Ttu = temperatura interior del túnel [ºC]; Ttr = temperatura interior del vagón de metro [ºC]; UA = valor UA [W/K] A = área de cada superficie (techo, paredes, ventanas, suelo) [m²]; Rt = resistencia térmica total a través de una superficie [m²K/W]. La capacidad total de pasajeros presentes en un momento dado se ha estimado a 90 personas y, a través de 2 ecuaciones, se ha calculado el calor latente y el calor sensible para los pasajeros: (6) Qpassen = ‐3.6517 x Ttr + 168.15 (7) Qpaslat = 3.6517 x Ttr – 28.146 La iluminación del tren se ha estimado a 1400 W por vagon, y el calor sensible y el calor latente se han puesto en relación con las ganacias de calor sensible y latente producidas por el aire de ventilación forzada: (8) Qsens = mtuair x Cp x (Ttr – Ttu) (9) Qlat = mtuair x hfgtr x (gtr – gtu) donde: mtuair = tasa de circulación de la masa del aire del túnel [kg/s]; Cp = calor específico del aire seco en el vagón de metro [kJ/kgK] hfgtr = calor latente de evaporación del agua en el vagón de metro [kJ/kg] a (Ttr + Ttu)/2; gtr = tasa de humedad del aire dentro del vagón de metro [kg/kg]; 51

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gtu = tasa de humedad del aire dentro del túnel de metro [kg/kg]. b. Calor generado por el mecanismo de frenado del tren de metro La carga de calor debida a perdidas del motor por tracción, según el modelo matemático elaborado por Ampofo, Maidment y Missenden, es: (10) Qbrake = Qd + Qmr + Qrl (11) Qd = Fd x db x n (12) Fd = Afrontal x ρaire x Cd x Vave2 (13) Qmr = Fm x db x We x Ncar x n (14) We = Wtrain + Wpassengers + Winertia (15) Fm = 5.8 x 10‐3 + (516/We) + 4.5 x 10‐4 x Vave (16) Qrl = KE/e (17) KE = 0.5 x Masa x Vmax2 (18) Masa = We x Ncar x n donde: Qbrake = ganancia de calor por frenado [W]; Qd = resistencia aerodinámica al arrastre del aire alrededor del tren de metro a través del túnel [W]; Qmr = pérdidas mecánicas por fricción [W]; Qrl = pérdidas del resistor debidas a la energía eléctrica producida por “regenerative braking” 35 [W]; Fd = fuerza aerodinámica de arrastre [N]; db = distancia hasta parar con velocidad máxima [m]; n = frecuencia de paso de los trenes [trenes/h]; Afrontal = superficie frontal del tren [m²]; ρaire = densidad del aire [kg/m³]; Cd = coeficiente arrastre aerodinámico Vave = velocidad promedio del tren de metro [m/s] Fm = fuerza de resistencia mecánica de un vagón de metro [N/kg]; We = peso equivalente de un solo vagón de metro, pasajeros e inércia rotacional inclusive [kg]; Ncar = número de vagones por tren de metro; Wtrain = peso de un solo vagón de metro sin contenido [kg]; Wpassengers = peso promedio de los pasajeros de un solo vagón de metro [kg]; Winertia = peso resultante de la inércia rotacional para un solo vagón de metro [kg], 8% de (Wtrain + Wpassengers). KE = energía cinética del tren [W]; e = eficiencia de tracción del motor Masa = tasa de circulación de la masa del tren [kg/s]; Vmax = velocidad máxima del aire [m/s]. c. Calor generado por la iluminación del túnel de metro Los autores del estudio estiman una utilización de 100 tubos fluorescentes, con una potencia de 50 W cada uno, a estar encendidos a lo largo del túnel durante 24 horas (aunque indican que, en algunos casos, la iluminación del túnel se hace solo en ciertas horas, no durante todo un día). 1.2.3 / La carga térmica de transmisión La carga térmica de transmisión es el calor conducido a través de las paredes del túnel y de la tierra envolvente. Cabe destacar que, a una profundidad de 5m, la temperatura de la tierra es constante a lo largo del ano, alcanzando varios valores 35

A través del “regenerative braking”, que también se usa en los trenes de la Línea 3 del metro de Barcelona, se recupera un 30% de la energía cinética que se genera durante el frenado de los trenes. Esta energía se transfiere del tren a la red eléctrica del metro, para ser utilizada por otros trenes o por otras instalaciones de la red de metro. 52

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en función del clima local. Los investigadores cuantifican el calor conducido en el túnel de metro a través de sus paredes y de la tierra envolvente, en condiciones típicas de verano: (19) Qcond = ‐ (Tu – Tb) / Rtotal donde: Qcond = calor conducido en el túnel de metro a través de los paredes del túnel y de la tierra envolvente [W]; Tu = temperatura del aire del túnel [ºC]; Tb = temperatura de la zona más alejada del centro del radio b [ºC]; Rtotal = resistencia térmica total al paso del calor [m²K/W]; en este estudio el parámetro Rtotal es la suma entre la resistencia térmica al paso de calor del tunel, la resistencia térmica al paso del calor de las paredes del túnel y la resistencia térmica al paso del calor de la tierra envolvente, situada más alla de las paredes del túnel de metro. 1.2.4 / Las ganancias totales de calor dentro del túnel Las ganancias totales de calor dentro del túnel se componen de las cargas del calor sensible y del calor latente: (20) Qtusens = Qsens + Qbrake + Qtulight + Qcond (21) Qtulat = Qlat donde: Qtusens = ganancia de calor sensible del túnel [W]; Qtulat = ganancia de calor latente del túnel [W]; Qtulight = carga de calor debido a la iluminación del túnel [W]. 1.2.5 / La carga de calor debido a la ventilación A continuación, se indica que las ganancias de calor sensible y de calor latente están en equilibrio con las cargas de calor sensible y latente producidas por el aire de ventilación que entra dentro del túnel a través de los pozos de ventilación: (22) Qtusens = mair x Cpl x (Ttu – Tamb) (23) Qtulat = mair x hfg x (gtu – gamb) donde: mair = tasa de circulación de la masa del aire ambiente exterior introducido dentro del túnel [kg/s]; Cpl = calor específico del aire seco dentro del túnel metro [kJ/kgK]; Tamb = temperatura del aire ambiente exterior [ºC]; hfg = calor latente de la evaporación de agua dentro del túnel de metro [kJ/kg] a (Ttu + Tamb) / 2; gtu = tasa de humedad del aire dentro del túnel [kg/kg]; gamb = tasa de humedad del aire ambiente exterior [kg/kg]. 1.2.6 / El equilibrio de energías El modelo que los autores de la investigación proponen parte de la siguiente suposición: en verano un flujo de aire frío desde el exterior, con una tasa de circulación mair, entra continuadamente en el túnel a través de los pozos de ventilación, y un flujo de aire caliente desde el túnel con la misma tasa de circulación mair, sale continuadamente del túnel. Además el túnel pierde calor hacia la tierra envolvente con una tasa de Qcond, y acumula calor a una tasa de (Qsens + Qbrake + Qtulight) debido al tren de metro mismo, a su sistema de frenado y a la iluminación del tunel. Basándose en el principio de conservación de la energía, el flujo de aire pasando por el túnel aumentará su nivel de energía, que será igual al calor del aire del túnel (Qsens + Qbrake + Qtulight) menos las pérdidas de calor hacia la tierra envolvente (Qcond). Entonces, el equilibrio de energías para esta situación será: (24) Qsens + Qbrake + Qtulight + Qcond = mair x Cpl x (Ttu – Tamb) 53

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Los autores han utilizado el modelo matemático creado por ellos en situaciones concretas. Han considerado un día tipo de verano, mediados de agosto, con una temperatura exterior de 27.1 ºC, una humedad relativa de 60% y con una presión atmosférica de 101 kPa. El modelo indicó una temperatura interior del metro de 31.5 ºC, y una humedad relativa de 55.3%, y una temperatura interior del vagón de metro de 33.9 ºC y una humedad relativa de 54.2%. Estas condiciones dan un índice PPD de 80% personas discontentas con en ambiente térmico, y un índice PMV de 2.08 (caluroso). Los autores han clasificado las cargas térmicas que contribuyen a las condiciones térmicas definidas con el modelo matemático nuevo, y las gráficas enseñan claramente que las mayor carga térmica para el túnel de metro, la representa el sistema de frenado de los trenes, y la mayor carga térmica para los trenes de metro, la representan los pasajeros (Fig 39). En estas condiciones, para los autores, destaca como evidente la necesidad de enfriar el túnel de metro, para poder bajar la temperatura interior de toda una red de metro y la temperatura interior de los trenes de metro mismos. Su modelo también indica que si la temperatura de los túneles de metro bajaría hasta 22 ºC, entonces la temperatura interior de los vagones de metro bajaría hasta un nivel mucho más aceptable de 26 ºC (un PPD de 13% y un PMV de 0.6; índices mucho más favorables). Fig. 39 Cuota de participación de cada tipo de carga térmica para el calor acumulado dentro de los túneles (el frenado) y para el calor dentro de los trenes (los pasajeros) (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004) 54

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1.2.7 / Datos básicos para el nuevo módelo de evaluación climática a. Datos del túnel: R = 1.825 m; a = 2.325 m; b = 6.825 m; Longitud del túnel = 1000 m; Conductividad térmica de la pared del túnel (hormigón) = 1.1 W/mK; Densidad de la pared del túnel = 2400 kg/m³; Calor específico de la pared del túnel = 0.88 kJ/kgK; Capacidad de la ventilación del túnel = 33 m³/s; Velocidad máxima del aire en el túnel = 17.5 m/s; Velocidad promedio del aire en el túnel V = 10 m/s; Densidad del aire ρaire = 1.2 kg/m³. b. Datos del suelo: Temperatura después del radio b = 15ºC; Conductividad térmica de la tierra = 0.9 W/Mk; Densidad de la tierra = 1920 kg/m³; Calor específico de la tierra = 0.79 kJ/kgK. c. Datos del tren: Superficie de la cubierta del vagón de metro = 49.31 m²; Superficie de paredes del vagón de metro = 56.92 m², 70% superficie maciza y 30% superficie acristalada; Superficie de suelo del vagón de metro = 42.69 m²; Superficie frontal del tren Afrontal = 5.74 m²; Carga normal de pasajeros por vagón de metro = 90; Carga máxima de pasajeros por vagón de metro = 220; Peso promedio de un pasajero = 74 kg; Peso promedio de los pasajeros por vagón de metro Wpassengers = 90 x 74 = 6600 kg; Número de vagones por tren de metro Ncar = 6; Longitud del tren de emtro = 16.05 m; Tasa de ventilación forzada de cambio por vagón de metro = 1.56 m³/s; Espesor del aislamiento de vagón de metro = 0.05 m; Conductividad térmica del material aislante (lana mineral) = 0.046 W/Mk; Peso de un vagón de metro Wtrain = 21.5 toneladas = 21.5 x 1000 = 21500 kg; Frecuencia de paso de los trenes n = 24 trenes / h; Distancia entre trenes = 2.5 min; Tiempo promedio de estacionamiento de un tren = 27.5 s; Coeficiente arrastre aerodinámico Cd = 4.4; Velocidad promedio del tren de metro Vave = 10 m/s; Velocidad máxima del tren de metro Vmax = 17.5 m/s; Distancia hasta parar con velocidad máxima db = 30 m; Eficiencia de tracción del motor e = 90%. d. Condiciones ambientales exteriores (calle) Temperatura exterior = 27.1 ºC; Humedad relativa = 60%; Presión atmosférica = 101 kPa 55

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1.3 / Tercera parte: Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool 1.3.1 / Introducción de los métodos de enfriamiento que se pueden utilizar en una red de metro La tercera 36, y última parte de la investigación de Ampofo, Maidment y Missenden propone varios métodos de enfriamiento del aire del metro en general, partiendo del modelo matemático explicado anteriormente. Los autores insisten en que las mayores fuentes de calor, capaces de incrementar la temperatura del aire dentro del metro, son el calor generado por los motores de los trenes y por la iluminación eléctrica, más el calor de los cuerpos de los pasajeros y, claramente, las máquinas de aire acondicionado que los trenes llevan encima. Sin una regulación de gran envergadura del aire interior del metro, el uso de las máquinas de aire acondicionado puede resultar fútil, según consideran los investigadores. Para cada método de enfriamiento presentado a continuación, el modelo matemático de Ampofo, Maidment y Missenden predice las temperaturas del túnel y del tren de metro y las humedades relativas respectivas, más el índice PPD, calculado con el programa PMVTool 37. Los autores proponen 3 grandes categorías de métodos para bajar la temperatura general dentro de una red de metro: - Input Energy Management (IEM) – gestión de la energía utilizada: energía cinética reducción de la velocidad vehículos de metro ligeros regenerative braking iluminación del túnel y de los trenes - aumento del efecto de enfriamiento de la infraestructura existente: ductos de calor ventilación - metodos de enfriamiento: enfriamiento del tren con pompa de calor con condensador de aire frío condicionamiento del aire del tren con ciclo de enfriamiento del aire enfriamiento del túnel con pompa de calor con condensadores de agua fría enfriamiento con agua subterránea 1.3.2 / El Input Energy Management El Input Energy Management (IEM) es una manera de gestionar la energía que se utiliza dentro de la red de metro de tal manera que se pueda evitar el desperdicio de energía o el uso excesivo de ésta, y el residuo inherente (el calor) que resultaría. a. Energía cinética Evitar la producción de calor lo más cercano posible de la fuente generadora es el enfoque principal de este subcapítulo. A continuación, Ampofo, Maidment y Missenden presentan una serie de métodos que tienen que ver con la disminución de producción de calor procedente del sistema de propulsión y de frenado de los trenes de metro. El 90% de todo el calor analizado con el modelo matemático elaborado por los tres investigadores, en condiciones de temperatura exterior de 27.1 ºC y de humedad relativa de 60%, proviene de la energía cinética del tren (arranque y frenado). Los métodos presentados a continuación enfocan precisamente la cuestión de reducción de la energía cinética (y de disminución del calor inherente). a‐1. Reducción de la velocidad Una velocidad reducida de los trenes de metro determina una reducción de la energía cinética y de la carga térmica debida al frenado del tren, y también ayuda a bajar las temperaturas dentro de los túneles y los trenes de metro 38. Bajando,

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004 37 Programa software PMVTool. Disponible en la página web: http://bacweb.the‐bac.edu/~nico.kienzl/content.html 38 En un trabajo posterior de Maidment, Missenden y Thompson, se presenta el ejemplo del sistema de tránsito avanzado rápido (ALRT – Advanced Light Rapid – Transit) de Vancouver, Canadá, que funciona sin aire acondicionado montado en los trenes. Los trenes circulan con una velocidad máxima de 10m/s para bajar la temperatura interior de los túneles; este es un sistema muy exitoso, igual que el MRT de Hong Kong (Mass Rapid – Transit), que, además de 56

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por ejemplo, la velocidad máxima de un tren de 17.5 a 12 m/s (una reducción de 31%), se constata una reducción de la temperatura de los túneles y de los trenes de metro de circa 2ºC. Si la reducción de la velocidad máxima de los trenes no es posible por razones de volumen muy grande de pasajeros y de frecuencia muy alta de paso de los trenes, entonces los autores proponen la identificación de los “puntos calientes” del mapa de metro, y la aplicación de este método solo en aquel tramo específico. Con una velocidad máxima de 12 m/s, el índice PPD baja de 80% inicialmente (vease la segunda parte del estudio de Ampofo, Maidment y Missenden) a 66%. a‐2. Vehículos de metro ligeros Los vagones de metro ligeros frenan más facilmente y más rapidamente que los trenes pesados y tienen menos energía cinética que disipar al frenar. Si el peso de los vehículos baja a la mitad, entonces la temperatura de los túneles y de los vagones de metro baja 1.5 ºC. El PPD en estas condiciones sería de 59%, pero este método se puede aplicar solo a trenes nuevos. a‐3. Regenerative braking Este procedimiento significa que, durante el frenado del tren de metro, la energía cinética resultante se convierte en energía eléctrica, que posteriormente se puede utilizar para alimentar otros trenes en funcionamiento, o para alimentar con energía eléctrica los equipos de metro adyacentes. También, la energía eléctrica se puede utilizar para alimentar el mismo tren que frenó. El propósito de este método es no dejar que la energía cinética producida al frenar un tren, se convierta en calor y se quede dentro del ambiente del metro. Los autores remarcan que si un 70% de la energía cinética se pudiese transformar en energía eléctrica, entonces la temperatura de los túneles y de los vagones de metro bajaría 3 ºC y el PPD sería de 51%. b. Iluminación del túnel y de los trenes La iluminación del túnel representa solo 2% del calor total del túnel de metro, pero la iluminación del tren representa 26% del calor dentro del vagón de metro. Si la iluminación de los trenes de metro puediese bajar un 50%, entonces el índice PPD bajaría de los 80% iniciales a 72%. 1.3.3 / Aumento del efecto de enfriamiento de la infraestructura existente a. Ductos de calor Según Ampofo, Maidment y Missenden, la estructura del túnel y la tierra envolvente tienden a tener un efecto moderador sobre la temperatura de aire dentro de una red de metro subterránea. Si la temperatura interior del metro sube, el calor pasa a las paredes del túnel y de las estaciones, disminuyendo la magnitud de la subida de temperatura. Si la temperatura del aire interior del metro baja, el calor pasa de las paredes de los túneles y de las estaciones al aire ambiente interior, reduciendo la magnitud de la bajada. Este fenómeno se ha denominado el “heat sink effect” y se puede utilizar en combinación con los ductos de calor. Los ductos de calor son unos mecanismos que pueden “mover” cantidades grandes de calor sobre distancias considerabes, sin utilizar electricidad. Los ductos de calor pueden aumentar el “heat sink effect”, modificando la conductividad térmica de la tierra envolvente. Si la conductividad térmica de la tierra envolvente aumentase 10 veces, las temperaturas de los túneles y de los vagones de metro bajarian 4 ºC, y el índice PPD seria de 43%. Los autores estiman que serían necesarios 2500 ductos de calor por cada km de túnel de metro, para aumentar 10 veces la conductividad de la tierra envolvente (cada ducto de calor teniendo un índice de transferencia de calor de 130 W). b. Ventilación La ventilación es una componente esencial del funcionamiento de cuaquier sistema subterráneo de metro. En las condiciones iniciales propuestas por los autores (27.1 ºC temperatura del aire exterior y 60% humedad relativa del aire exterior, índice PPD de 80% personas discontentas con el ambiente térmico del metro), si la capacidad de ventilación del sistema de metro aumentase 5 veces, las temperaturas de los túneles y de los vagones de metro bajarían 3.5 ºC, y el índice PPD seria de 50%. 1.3.4 / Métodos de enfriamiento a. Enfriamiento del tren con pompa de calor con condensador de aire frío Se trata de máquinas de aire acondicionado instaladas en los vagones de metro. La mayor desventaja es que, mientras la temperatura dentro de los vagones baja, la temperatura de los túneles y de las estaciones de metro sube, funcionar con una velocidad reducida, tiene en las estaciones de metro un perfil convexo de las vías del tren, en su sección longitudinal, con una pendiente de 3% en cada sentido, para facilitar el frenado de los trenes al entrar en la estación y para facilitarles el arranque al salir. THOMPSON, J.A.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Modeling low‐energy cooling strategies for underground railways; Applied Energy 83, 2006 (pag 1157) 57

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incrementando aún más la necesidad de utilizar las máquinas. También como desventajas, este procedimiento requiere un consumo considerable de energía, por un lado, y crea un estado de disconfort para los pasajeros que esperan en los andenes de metro. Aún así, el índice PPD es de 46%, con unas máquinas de refrigeración de 10 kW por cada vagón de metro . b. Condicionamiento del aire del tren con ciclo de enfriamiento del aire También se trata de unas unidades de refrigeración / calefacción instaladas en los vagones de metro. Teniendo las mismas desventajas que las máquinas con condensador de aire frio, la única diferencia es que se pueden utilizar también para calefactar los trenes que salen al exterior en invierno, pero su coeficiente de eficiencia es la mitad de las máquinas del subcapítulo anterior. El índice PPD en esta situación es 51 % y el consumo de energía es el mismo que antes (10 kW por cada vagón de metro) c. Enfriamiento del túnel con pompa de calor con condensadores de agua fría La gráfica siguiente(Fig. 40) enseña la influencia de la temperatura del túnel de metro sobre la temperatura interior del tren. Entonces, el concepto de refrigerar el túnel con la ayuda de pompas de calor con condensadores de agua fría, resulta útil. El agua utilizada podría circular en un sistema cerrado, disipando el calor acumuado en la superficie, al nivel de la calle, con torres de refrigeración, o disipando el calor con la ayuda del agua subterránea. Refrigerar el agua dentro de un sistema cerrado con el agua subterránea es más eficiente que con torres de refrigeración, por la temperatura más baja de condensación (15 ºC en comparación con 35 ºC). Fig. 40 Influencia de la temperature general del túnel de metro sobre los trenes de metro (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004) d. Enfiamiento con agua subterránea (ingl. “groundwater cooling”) Este método de enfriamiento del aire se refiere también al aire de los túneles. El modo de funcionamiento de este método es el siguiente: el agua subterránea se extrae de la tierra y pasa por unos intercambiadores de calor (ingl. “heat exchangers”). El aire caliente de los túneles se enfría en contacto con estos intercambiadores de calor y es circulado por ventiladores hasta llegar a los andenes de metro. Los trenes mismos funcionarán como pistones gigantescos empujando y moviendo el aire a través de toda la red de túneles de metro. Los ventiladores situados encima de los trenes absorberan el aire frío de los túneles y lo introducirán dentro de los trenes para enfriarlos. 58

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El agua subterránea se puede extraer de huecos perforados en la tierra envolvente (Fig.41), y estará a aproximadamente 12 ºC en el caso de Londres. Este sistema de enfriamiento sería poco consumidor de energía y más sostenible que cualquier otro método. En el caso de Londres, el agua resultante se puede verter en el río Tamesis, con un aumento de su temperatura total de solo 6 ºC. Con una carga térmica de 200 kW por cada km de tunel, el sistema de enfriamiento con agua subterránea, podría bajar la temperatura de los túneles y de los vagones de metro con 5 ºC, y el índice PPD correspondiente sería menos de 58%. Fig. 41 Esquema de funcionamiento del procedimiento “grounwater cooling” (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004) 1.3.5 / Comparación de los métodos de enfriamiento El diagrama siguiente enseña por comparación (Fig. 42), la eficiencia de gran parte de los métodos descritos anteriormente. Ampofo, Maidment y Missenden establecen los parámetros siguientes: - el enfriamiento con agua subterránea aporta una refrigeración de 350 kW por cada km de túnel; - el aire acondicionado y las unidades con ciclos de enfriamiento de aire aportan una refrigeración de 10 kW por cada vagón de tren; - la tasa de ventilación es 5 veces más grande, hasta 165 m³/s; - los ductos de calor aumentan 10 veces la conductividad de la tierra envolvente del túnel de metro; - el “regenerative braking” utiliza para la red de metro un 70% de la energía cinética generada al frenar; - los vagones de metro nuevos son 50% más ligeros; - la velocidad máxima de los trenes disminuye de 17.5 a 12 m/s; - la iluminación de los trenes de metro disminuye un 50%. 59

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La conclusión de los investigadores es que lo mejor sería utilizar una combinación de los métodos presentados, aunque en la gráfica, sus respectivas eficiencias son presentadas individualmente. Fig. 42 Comparación de los métodos de enfriamiento propuestos por los autores (Fuente: AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004) 2/ Thompson, Maidment y Missenden: continuación del estudio microclimático de la red de metro de Londres Maidment y Missenden han elaborado, junto con J.A. Thompson, otro articulo científico 39 después de la investigación presentada antes, 3 años después de ésta, en 2006. Muchos aspectos destacados en el trabajo anterior se repiten, pero algunas cuestiones nuevas llaman la atención. Los autores presentan una gráfica de todas las cargas térmicas del metro de Atlanta 40, EEUU, que también funciona con energía eléctrica (Fig. 43). Lo que es evidente en esta gráfica es que el frenado de los trenes, el aire acondicionado y el arranque de los trenes tienen la mayor participación en el perfil de las cargas térmicas de un metro que funciona con energía eléctrica. Otro aspecto importante de este trabajo de Maidment, Missenden y Thompson es el ejemplo del MRT de Hong Kong (Mass Rapid – Transit), donde, además de tener una política de velocidad reducida de los trenes, las estaciones mismas tienen 39

THOMPSON, J.A.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Modeling low‐energy cooling strategies for underground railways; Applied Energy 83, 1152 – 1162, 2006 40 nd BENDELIUS, A.G.; Aerodynamic and thermodynamic evaluation for the Atlanta subway system; Proceedings of the 2 International symposium on aerodynamics and ventilation of vehicle tunnels, CI, 1976 60

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un perfil longitudinal curvado de las vías de tren, con una pendiente de 3% en cada sentido, para facilitar el frenado de los trenes al entrar en la estación y para facilitarles el arranque al salir.

Fig. 43 Ganancias térmicas en el metro de Atlanta, EEUU (Fuente: THOMPSON, J.A.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Modeling low‐energy cooling strategies for underground railways; Applied Energy 83, 1152 – 1162, 2006) El capítulo más significativo de este estudio es la presentación de sistemas matemáticos de evaluación de las condiciones térmicas de una red de metro subterránea. El sistema más utilizado es el SES (Subway Environmental Simulation), es decir un programa de simulación del medio microclimático subterráneo del metro. Este modelo ha sido diseñado en los años setenta y ha sufrido varias modificaciones a lo largo del tiempo. El modelo SES realiza simulaciones dinámicas del funcionamiento de uno o varios trenes, circulando en una sola vía o mas, y ofrece datos (maximos, mínimos y promedio) de la velocidad del aire, temperatura y humedad a lo largo de las estaciones, de los túneles de metro y de los pozos de ventilación. El programa también ofrece estimaciones de las necesidades de calefacción o enfriamiento en relación con ciertos límites ambientales de referencia. La estructura de SES se compone de 4 módulos independientes: comportamiento de los trenes, aerodinámica, temperatura y humedad, y una estimación del “heat‐sink effect”. El último modelo SES es el SES 2000, incluyendo además una opción de cálculo dinámico de las puertas‐pantalla del andén (ingl. “platform screen doors” o PED). Los autores remarcan los defectos de cálculo del programa con respecto al “heat‐sink effect”. También otro defecto del programa es que trabaja solo con datos empíricos y no se puede utilizar en cualquier clima o en cualquier situación. Otro programa es Thermotun y es bastante similar a SES. El modelo ha diso diseñado también en los años setenta y puede simular presiones, velocidades y temperaturas, tanto a nivel de ventiladores, como a nivel de movimiento de los trenes dentro de los túneles y en las estaciones. El estudio concluye que la instalación de aire acondicionado en los trenes del metro de Londres, ha sido una decisión con consecuencias desagradables para los pasajeros, llevando a la subida de las temperaturas dentro de los túneles y de las estaciones de la red de metro, e imponiendo aún más la necesidad de aire acondicionado en los trenes. Este procedimiento es muy poco económico y poco eficiente energeticamente. Por tanto, los autores sugieren que otros métodos sean empleados para bajar las temperaturas interiores de la red de metro de Londres. 61

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3/ Peter Ordody: evaluación del confort térmico del metro de Budapest, Hungría A diferencia del metro de Londres, que transporta 3 milliones de pasajeros cada día, el metro de Budapest transporta solo 60000 de pasajeros al día en las horas punta. Peter Ordody de la Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Tecnologías y Economía de Budapest, realizó una investigación 41 de las condiciones térmicas del metro de Budapest, mediante mediciones in‐situ (temperatura del aire, humedad relativa del aire, velocidad del aire) y cálculos de los índices PMV y PPD, entre los años 1994 ‐ 2000. El proposito de la investigación de Ordody ha sido la identificación de los parámetros microclimáticos del metro de Budapest, la definición de los problemas de ventilación, y, finalmente, la elaboracióón de un nuevo sistema de ventilación, que corresponda con los requisitos técnicos actuales, para el metro de Budapest. Al mismo tiempo, el investigador quiso elaborar un nuevo método de calcular las cargas térmicas dentro de una red subterránea de metro. El metro de Budapest es el más antiguo de la Europa continental (1896), después del metro de Londres. Actualmente, la red de metro de Budapest tiene 3 líneas y un sistema de ventilación convencional, con pozos de ventilación verticales, que facilitan el intercambio de aire con el exterior, y que salen 1 – 3 m por encima del nivel de la calle. En el caso del metro de Budapest, las cargas térmicas provienen en proporción de 75% de los mecanismos de funcionamiento propio de los trenes mismos (el sistema de tracción), mientras que un 25% proviene de otros equipos eléctricos y de los pasajeros. Cabe destacar que el metro de Budapest, a diferencia del metro de Londres y del metro de Barcelona, no tiene instaladas máquinas de aire acondicionado en los trenes, con lo cual, esta carga térmica no suma al final en el balance energético de la red. Los trenes de Budapest funcionan con ventanas abiertas, para ventilar, teniendo una cierta velocidad de aire en el interior de los vagones. En cambio el sistema de ventilación funciona muy bien, teniendo que intercambiar con el exterior 5.2 – 6.7 milliones de metros cúbicos de aire cada hora, para evitar el sobrecalentamiento de la red. Si la temperatura exterior es más de 27 ºC, o menos de 0 ºC, la ventilación mecánica se apaga, pero la ventilación natural sigue funcionando. Todo esto para evitar la absorción de aire demasiado caliente en verano, o de aire demasiado frío en invierno, dentro de la red de metro. Las mediciones in‐situ de Ordody se han hecho en el verano de 1997 (4 – 8 de agosto) y en el invierno del mismo año (20 – 24 de octubre), en 5 estaciones de profundidad (20 – 30 m), de las líneas este – oeste (Déli pályaudvar, Moskzva tér y Batthyány tér) y norte – sur (Ferenc Körút y Klinikák). El investigador añade que la temperatura de la tierra envolvente de las cinco estaciones a esa profundidad es de 12 – 14 ºC. Los parámetros medidos han sido la temperatura del aire, la humedad relativa del aire y la velocidad del aire en la zona de las taquillas y en los dos andenes de cada estación. El investigador también trabajó con los índices PMV y PPD de Fanger. Las conclusiones del estudio de Ordody han sido las siguientes: - en invierno, el PMV es entre ‐1.4 y 0 (entre un poco frío y frío; ‐1.4 < PMV < 0); - en verano, el PMV es entre 0 y 1.4 (un poco caluroso); - el PPD registrado ha sido entre 5 y 30%; - en invierno, la temperatura interior de las estaciones de metro es siempre 5 – 10 ºC mayor que la temperatura exterior, mientras que en verano, durante el día, la temperatura del interior del metro es siempre 5 ºC menor que la temperatura exterior; la gráfica presentada a continuación muestra la relación entre la temperatura exterior y la temperatura interior del metro, a lo largo de un año. Lo que es más interesante es que la temperatura interior siempre queda entre 15 – 20 ºC, mientras que la temperatura exterior oscila entre 0 ‐ 22 ºC. El investigador también reconoce el efecto de aumento de temperatura debido al sistema de frenado de los trenes y, tal y como presentan Ampofo, Maidment y Missenden 42 en la primera parte de su estudio, las estaciones de metro de profundidad se acoplan a las condiciones térmicas exteriores con un retardo de 30 días, mientras que, en el caso de las estaciones de superficie, el acoplamiento es inmediato, debido a la proximidad de la superficie. Ordody también enfatiza la importancia de la introducción de los trenes que funcionan con el sistema “regenerative braking” en la nueva Línea de metro de Budapest (la cuarta linea, M4), destacando la recuperacion de 40% de la energía cinética generada al frenar (que no llega a convertirse en calor, contribuyendo así, a la bajada de la temperatura interior del metro). 41

ORDÓDY, Péter; Thermal Comfort in the passenger areas of the Budapest Metro; Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No 2, 309 – 317, 2000 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 2004 (pag 628) 62 42

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Fig. 44 Comparación temperatura exterior – interior en el metro, a lo largo de un año, en Budapest (Fuente: ORDÓDY, Péter; Thermal Comfort in the passenger areas of the Budapest Metro; Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No 2, 309 – 317, 2000) 4/ Evaluación del confort térmico del metro de Teherán, Irán Un grupo de investigadores 43 de dos universidades iraníes, Universidad Islámica Azad y Universidad de Medicina Shahid Beheshti de Teherán, han realizado un estudio en el mes de septiembre de 2006 y el mes de julio de 2007 en 6 estaciones que pertenecen a dos líneas del metro de Teheran. La herramienta principal utilizada por los investigadores ha sido el Índice de Calor Relativo (RWI – Relative Warmth Index) elaborado por la American Society of Heating, Refrigerating and Air‐Conditioning Engineers (ASHRAE). Igual que en el caso de la investigación de Peter Ordody de Budapest, los autores del estudio han medido la temperatura del aire, la humedad relativa y la velocidad del aire. También, han registrado el estado de funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado y el nivel de intensidad de tránsito de los pasajeros. Los investigadores apoyan el uso del metro como medio de transporte muy eficiente desde el punto de vista energético, afirmando que el metro utiliza 50 – 70% menos energía para transportar el mismo número de pasajeros, pero no indican en comparación con que otro medio de transporte (si se trata de un otro medio de transporte público, o del transporte privado; sin embargo, podemos entender que se trata de una comparación con el transporte privado). Los autores identifican también el problema de la instalación de máquinas de aire acondicionado en los trenes de metro modernos, tratándose de sistemas de refrigeración del aire que generan una gran disipación del calor hacia el exterior del ambiente que intentan enfriar (los vagones de metro). En este sentido, afirman que cada unidad de refrigeración instalada en los vagones de metro, expulsa hacia el exterior el 125% del calor que sacan del interior del metro. Es decir, todo el calor que esta dentro de un vagón de metro, más 25%, es expulsado fuera del tren, en los túneles y las estaciones de metro, contribuyendo así al aumento constante de temperatura dentro de una red de metro subterránea. A esta carga térmica, también suma el consumo de las máquinas de aire acondicionado, que, según los autores, puede llegar a ser de 50 kW por unidad de refirgeración. Igual que en Budapest, donde el estudio de Ordody se hacía en principal porque se construía al mismo tiempo una nueva Línea de metro, en el caso presente, la investigación se hizo porque se construían al mismo tiempo, otras 4 líneas de metro, además de las 3 existentes.

ABBASPOUR, M.; JAFARI, M.J.; MANSOURI, N.; MOATTAR, F.; NOURI, N.; ALLAHYARI, M.; (2008); Thermal comfort evaluation in Tehran Metro using Relative Warmth Index; Int. J. Environ. Sci. Tech., 5 (3), 297 – 304, 2007 63

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El índice RWI que los autores utilizan depende de varios factores, como la temperatura, la humedad relativa, la velocidad de aire, la vestimenta individual y el índice metabólico. Tal y como se ha descrito antes, el índice RWI ha sido asociado por ASHRAE a una tabla de clasificación del confort térmico 44. Los investigadores han analizado 6 estaciones de las líneas 1 y 2 del metro de Teherán, en el mes de septiembre de 2006 (para saber cuales son las condiciones térmicas sin el funcionamiento de las máquinas de aire acondicionado de los trenes, que normalmente en ese periodo del año no se encienden, y para ver el impacto de un gran número de usuarios del metro, una vez empezado en nuevo año escolar), y en el mes de julio de 2007 (para cuantificar el impacto del uso de las máquinas de aire acondicionado en los trenes, en el mes más caluroso del ano, y para evaluar el comportameinto del sistema central de ventilación del metro de Teherán). Las mediciones se han realizadas en el intervalo 06:30 – 23:00, a horas diferentes, en puntos diferentes de cada estación (acceso al metro, zona de taquillas, 3 puntos en los andenes, puntos de entrada y de salida de las máquinas de aire acondicionado) y en los trenes de metro mismos. Las 6 estaciones han sido: Mirdamad, Darvazeh Dowat, Panzdah Khordad, Imam Khomeini de la Línea 1 y Azadi e Imam Khomeini de la Línea 2. Un número total de 114 mediciones se han realizado en septiembre de 2006 y 117 mediciones en julio de 2007. Las ecuaciones 45 que los investigadores han utilizado para calcular el RWI han sido: (1)a RWI = [M x (Icw + Ia) + 1.13 x (t – 95) + RIa] / [70 x (1.73 – P)], (Pv > 0.67 in Hg) (Pv < 0.67 in Hg) (1)b RWI = [M x (Icw + Ia) + 1.13 x (t – 95) + RIa] / 74.2, donde: M = índice metabólico [Btu/h.ft²]; Icw = aislamiento de la vestimenta [coeficiente clo]; Ia = efecto de aislamiento de la capa de aire perimetral [coeficiente clo]; t = temperatura del aire (bulbo seco) [ºF]; t – 95 = diferencia entre la temperatura del aire (bulbo seco) y la temperatura promedio de la piel justo antes de que una persona se sienta muy inconfortable por el calor [ºF]; R = calor radiante incidente promedio de otras fuentes que las paredes a temperatura de la habitación [Btu/h.ft²]; P = presión del vapor de agua en el aire [in Hg]. (3) log Ps = 30.59051 – 8.2 x log T + 2.4804 x 10‐3 x T – 3142.31/T (4) Pv = Psl – 1013.25 x 6.66 x 10‐4 x (t – tsl) donde: Ps = presión del vapor saturado a una temperatura t [kPa]; Psl = presión del vapor saturado a una temperatura del bulbo húmedo tsl utilizando la ecuación (2) [kPa]; Pv = presión del vapor a temperaturas del bulbo seco [kPa]; T = temperatura absoluta [K]; tsl = temperatura del bulbo húmedo [ºC]; t = temperatura del bulbo seco [ºC]. A continuación, los autores indican una tabla de valores para los parámetros citados anteriormente, que han sido utilizados a posteriori para calcular el índice RWI (Fig. 45). 44

RWI 0 = un poco frío; 0.08 = confortable; 0.15 = un poco caluroso; 0.25 = caluroso SES, Principles and Applications, second ed., Subway Environmental Design Handbook, vol.1, marzo 1976

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Fig. 45 Factores utilizados en el cálculo del RWI (Fuente: ABBASPOUR, M.; JAFARI, M.J.; MANSOURI, N.; MOATTAR, F.; NOURI, N.; ALLAHYARI, M.; (2008); Thermal comfort evaluation in Tehran Metro using Relative Warmth Index; Int. J. Environ. Sci. Tech., 5 (3), 297 – 304, 2007) 46 Utilizando los estándares ASHRAE , los investigadores indican que las humedades relativas apropiadas para el medio subterráneo de tránsito de pasajeros, serian de 30 – 60%. Según las mediciones hechas, en el mes de septiembre, la humedad relativa se situó dentro de los valores recomendados por ASHRAE. En cambio, en el mes de julio, resultó que, como más caliente era el aire exterior, más seco era el aire interior del metro. Debido a la humedad relativa muy baja constatada en el mes de julio, los autores remarcan que problemas de disconfort físico pueden surgir, como por ejemplo, sequedad de la nariz, de los ojos y de la garganta de los pasajeros. Al mismo tiempo, los investigadores recomiendan la utilización de métodos de aumento de la humedad relativa interior del metro en los meses calurosos de verano (mediante la utilización de humidificadores del aire). Las mediciones de temperatura del bulbo seco en el mes de septiembre, han resultado dentro de las normas de confort térmico de ASHRAE (entre 22.2 – 27.2 ºC), mientras que en julio, gran parte de las temperaturas medidas han superado las mismas normas (Fig. 46). Los autores especulan que en julio, el sistema de ventilación evaporativa del metro de Teheran no funciona debidamente, con lo cual no puede hacer frente a las condiciones térmicas de este mes. Por otro lado, las mediciones de la temperatura del bulbo seco realizadas dentro de los vagones de metro, han indicado que las máquinas de aire acondicionado funcionan bien y mantienen la temperatura interior dentro de los valores de ASHRAE. Una de las conclusiones del estudio ha sido que, en verano, 98% de los pasajeros quieren un ambiente más frío (o menos caluroso) en la zona de acceso y en los andenes del metro de Teherán.

ASHRAE; ASHRAE Standard 55‐2004. Thermal Environment conditions for human occupancy; American Society of Heating, Ventilation and Air‐Conditioning, 2004 65

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Fig. 46 Gráficas izquierda: mediciones de temperatura y valores del RWI en septiembre de 2006; gráficas derecha: mediciones de temperatura y valores de RWI en juio 2007; notamos el límite ASHRAE de temperatura de 22.2 – 27.2 ºC y la escala RWI (Fuente: ABBASPOUR, M.; JAFARI, M.J.; MANSOURI, N.; MOATTAR, F.; NOURI, N.; ALLAHYARI, M.; (2008); Thermal comfort evaluation in Tehran Metro using Relative Warmth Index; Int. J. Environ. Sci. Tech., 5 (3), 297 – 304, 2007) 66

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5/ Arup Londres: evaluación del confort térmico de estaciones de metro. Una mirada teórica Otro estudio, pero esta vez teórico, de la temática enfocada por el presente trabajo, ha sido realizado en 2004 por un grupo de ingenieros 47 de la compañía de diseño e ingeniería Arup de Londres. Tabarra, Abi‐Zadeh y Sadokierski remarcan que un gran número de variables intervienen en el microclima del metro y en el confort térmico. Otra vez, un grupo de investigadores reconocen el peso que el sistema de frenado de los trenes tiene en el aumento de las temperaturas interiores de una red de metro subterránea, junto con las máquinas de aire acondicionado instaladas en los trenes y el calor producido por los pasajeros mismos. También reconocen que, en climas cálidos, sistemas mecánicos de ventilación serían necesarios para hacer frente a la acumulación de calor dentro de la red. Los autores presentan un esquema estructural típico de 2 estaciones de metro, el túnel de conexión y los pozos de ventilación correspondientes. Fig. 47 Esquema de 2 estaciones de metro, el túnel de metro entre ellas y los pozos verticales de ventilación (Fuente: TABARRA, Mohammad; ABI‐ZADEH, Davar; SADOKIERSKI, Stefan (Arup); Design of a modern subway ventilation system; Tunnels & Tunnelling International, 2004 ) Los autores sugieren que, en el caso de estaciones de metro sin aire acondicionado, en verano, es recomendable tener un alto nivel de intercambio con el aire exterior, para mantener las temperaturas bajas, es decir, tener una tasa de ventilación natural muy alta. Por esa razón, los investigadores afirman que, conforme con las simulaciones 48 que han realizado con el programa SES (Subway Environmental Simulation Software), las estaciones de profundidad tienden a tener una temperatura 2ºC más alta que la temperatura de las estaciones de superficie. Este fenómeno se debe a la dificultad de ventilar espacios muy alejados de la superficie de la tierra, es decir, espacios que no tienen tanta facilidad en ventilarse, porque el contacto con el aire exterior es más difícil de realizar y de mantener a un ritmo favorable. Otra simulación que los investigadores han realizado con el programa SES, ha sido para un día de verano con 30 ºC temperatura del aire exterior, y con varias salidas del metro (1, 2 o 3) y resulto evidente que, cuantas más salidas tenga una estación de metro, menor temperatura registrará a o largo de un día (Fig. 48). 47

TABARRA, Mohammad; ABI‐ZADEH, Davar; SADOKIERSKI, Stefan (Arup); Design of a modern subway ventilation system; Tunnels & Tunnelling International, 2004 48 Los datos básicos que los investigadores han considerado para la simulación SES, han sido: temperatura exterior del aire ‐ 30 ºC; velocidad máxima del tren – 90 km/h (25m/s); diámetro del tunel – 5.5 m; superficie de la sección transversal del túnel – 20m²; superficie de la sección transversal del pozo de ventilación – 32.5m²; superficie de la entrada de una estación – 15m². 67

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Fig. 48 Gráfica que muestra la relación entre el número de salidas de una estación de metro y la temperatura interior de ésta: mayor número de salidas, menor la temperatura interior de la estación (Fuente: TABARRA, Mohammad; ABI‐ZADEH, Davar; SADOKIERSKI, Stefan (Arup); Design of a modern subway ventilation system; Tunnels & Tunnelling International, 2004 ) Los autores observan que el perfil longitudinal de las vías de metro a la altura de una estación de metro, tiene una gran importancia en la disminución de la disipación de calor al arrancar y al frenar un tren. Los investigadores han creado 3 perfiles longitudinales de vías de metro de una estación: el perfil llano, el perfil tipo “joroba” y el perfil “fuente”. El resultado de la simulación ha sido que, en un día de verano tipo, en una estación con perfil llano, la temperatura será 1 ºC mayor en comparación con una estación base. En una estación con el perfil tipo “joroba”, la temperatura será 3 ºC menor que en comparación con la estación base, y en una estación tipo “fuente”, la temperatura ser 4 ºC mayor que la estación base. La explicación sería que, la pendiente que sube de la estación tipo “joroba”, al llegar un tren en una estación, ayuda efectivamente al tren a frenar (por la fuerza de gravedad). Al mismo tiempo, la pendiente que baja de la “joroba”, ayuda al tren a arrancar más facilmente. Así, menos energía cinética se produce, menos energía eléctrica se consume al arrancar y al frenar un tren y menos calor se disipa. Otros tres métodos de disminución del calor acumulado en una red de metro, que los autores reiteran, son la reducción de la masa de los trenes y de la velocidad de estos y el “regenerative braking”. Pero estos conceptos han sido ya discutidos en un otro capítulo del presente trabajo. También los autores reiteran la propuesta de utilización del agua subterránea, en los casos en los cuales el volumen de agua es significativo y se encuentra muy cerca de la superficie, incluso infiltrándose en la infraestructura de la red de metro. Los autores también proponen algunos sistemas de ventilación clásicos, pero no serán discutidos en este trabajo. Un método nuevo es la utilización de los PED (Platform Edge Doors), que representan en efecto, un sistema bastante costoso, pero que consigue mantener alejado de los andenes, un 75% del calor acumuado en una red de metro (el calor del frenado, del arranque, de las máquinas de aire acondicionado de los trenes, de la iluminación de los túneles etc.) 6/ Climatic Wind Tunnel Vienna: evaluación del confort térmico dentro de los vagones de metro El Climatic Wind Tunnel Vienna, conocido anteriormente con el nombre de Vienna Arsenal, un laboratorio austriaco de investigación sobre las condiciones térmicas dentro de los vagones de metro, ha definido los parámetros que influyen en el confort térmico y los ha clasificado en 4 categorías: - factores personales (nivel de actividad, vestimenta, tiempo de viaje); - factores espaciales (temperatura de radiación, temperatura de las superficies circundantes); - factores de ventilación (temperatura del aire, velocidad del aire y humedad relativa); 68

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otros factores: calidad del aire (contenido de polvo, de microorganismos, de gases y vapores, de olores, de ion; campos electrostáticos), ruido, iluminación, colorido (factores que influyen en la percepción subjetiva del confort térmico). El laboratorio austriaco ha realizado, a lo largo de los años, numerosos estudios de las condiciones térmicas dentro de los vagones de metro. En uno de sus trabajos recientes 49, definen los factores enumerados anteriormente, y presentan las normativas europeas más recientes en cuanto a su objeto de investigación 50. El trabajo realizado por el equipo de investigadores enfoca especialmente cuestiones de confort térmico dentro de los vagones de metro, y menos las cuestiones de confort dentro de las estaciones de metro. Su metodología de investigación se basa también en los índices PMV y PPD de Fanger y en la realización de mediciones de los parámetros que definen el confort térmico, según las normativas europeas, pero para los trenes de metro, exclusivamente. Lo que es cierto, es que también se hacen algunas referencias breves al confort térmico en los andenes y en los vestibulos de acceso de las estaciones de metro. En su vision el índice PMV, en general, tiene que ser 0, y el índice PPD tiene que ser 5% (aunque algunas veces mencionan 25% como el límite máximo del índice PPD), para obtener el confort térmico de los pasajeros, mientras que la humedad relativa del aire tiene que ser entre 25 y 65%, y la velocidad del aire tiene que ser menor que 0.5 m/s. La renovación del aire dentro del vagón de metro tiene que ser de 12m³/hora por persona, según la normativa EN 14750‐1:2006. Lo que resulta más interesante de este estudio es la clasificación de las redes de metro de Europa, en función de las condiciones climáticas locales según la normativa europea EN 14750‐1:2006. Esta clasificación se ha hecho para determinar las condiciones climáticas en las cuales funcionan los trenes de metro, y no especialmente para los ambientes de las estaciones. Hay 3 regiones climáticas con características diferentes: - zona I: verano - condiciones exteriores máximas: T = +40 ºC / HR = 40% / Rad. Solar = 800 W/m² - criterios de diseño para los sistemas de enfriamiento de los trenes: T = +32 ºC / HR = 57.4% - zona I: invierno - condiciones exteriores mínimas: T = ‐10 ºC - criterios de diseño para los sistemas de calefacción de los trenes: T = +10 ºC - zona II: verano - condiciones exteriores máximas: T = +35 ºC / HR = 50% / Rad. Solar = 700 W/m² - criterios de diseño para los sistemas de enfriamiento de los trenes: T = +33 ºC / HR = 55% - zona II: invierno - condiciones exteriores mínimas: T = ‐20 ºC - criterios de diseño para los sistemas de calefacción de los trenes: T = +10 ºC - zona III: verano - condiciones exteriores máximas: T = +28 ºC / HR = 45% / Rad. Solar = 600 W/m² - criterios de diseño para los sistemas de enfriamiento de los trenes: T = +29 ºC / HR = 64.5% - zona III: invierno - condiciones exteriores mínimas: T = ‐40 ºC - criterios de diseño para los sistemas de calefacción de los trenes: T = +10 ºC Lo que es evidente de estos datos es que la zona del sur de Europa es la zona climática I, mientras que el Centro de Europa es la zona II y el norte representa la zona III. Entonces, los parámetros de acondicionamiento de los trenes en el clima de España, se enfocan hacia el aire acondicionado potente en verano, mientras que, en la zona climática II, lo que es más importante es el sistema de calefacción en invierno, especialmente si el tren circula por la superficie también. -

HALLER, Gabriel; Thermal Comfort in Rail Vehicles; Climatic Wind Tunnel Vienna; RTA Rail Tec Arsenal, 2006, Viena Las normativas europeas en cuestión son las siguentes: (1) EN 13129 – 1:2003: Railway applications – Air conditioning for main line rolling stock – Part 1: Comfort parameters; (2) EN 13129 – 2:2004: Railway applications – Air conditioning for main line rolling stock – Part 2: Type tests; (3) EN 14750 – 1:2006: Railway applications – Air conditioning for urban and suburban rolling stock – Part 1: Comfort parameters; (4) EN 14750 – 2:2006: Railway applications – Air conditioning for urban and suburban rolling stock – Part 2: Type tests; (5) EN 14813 – 1:2006: Railway applications – air conditioning for driving cabs – Part 1: Comfort parameters; (6) EN 14813 – 2:2006: Railway applications – Air conditioning for driving cabs – Part 2: Type tests. 69 50

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CAPÍTULO V | SITUACIÓN AMBIENTAL. ANÁLISIS DEL CONFORT TÉRMICO EN VERANO DE LAS ESTACIONES DE METRO DRASSANES Y PENITENTS DE LA LÍNEA 3 (VERDE) DE BARCELONA 1/ El clima de Barcelona. Características generales El clima de la ciudad de Barcelona es un clima mediterráneo de litoral (vease también los anexos 8‐13), con una temperatura media en verano de 24 ºC (con una humedad relativa del aire de 70%) y en invierno de 10 ºC (con una humedad relativa del aire de 70%) y con una temperatura media anual del aire de 18 ºC (humedad relativa media del aire de 65%), aunque en verano la temperatura puede llegar facilmente a los 31 ºC, y en invierno, a los 5 ºC. La radiación solar media en plano horizontal es de 555 W/m² en verano y de 275 W/m² en invierno. La dirección predominante del viento en verano es noroeste (NO), con una velocidad media del aire de 2 m/s, y en invierno desde sureste (SE), con una velocidad media del aire de 1.75 m/s. La presión atmosférica promedio en verano es de 1008 hPa, y en invierno de 1024 hPa. La cantidad de precipitaciones en verano es de 50 mm, y en invierno de 124 mm. SITUACIÓN AMBIENTAL PARÁMETROS Unid. VERANO INVIERNO BARCELONA

SITUACIÓN TÉRMICA

RADIACIÓN SOLAR

(W/m²)

555

275

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

(hPa)

1008

1024

PRECIPITACIONES

(mm)

124

TEMPERATURA

(ºC)

HUMEDAD RELATIVA

(%)

VELOCIDAD DEL AIRE

(m/s)

NO 2

SE 1.75

Las mediciones que se han hecho en las dos estaciones de metro de Barcelona (Drassanes y Penitents de la Línea 3 Verde), tienen particular interés porque pueden mostrar por comparación si la hipótesis formulada anteriormente es verdadera o falsa. La hipótesis en cuestión tiene que ver con la idea según la cual, cualquier espacio subterráneo, cubierto por una masa de tierra considerable, está bajo la influencia de la temperatura de aquella masa de tierra. Como la temperatura de la tierra, a 1‐2 metros de profundidad, ya es constante a lo largo del año (circa 18 ºC, pero depende de la región del mundo), en teoría, esa temperatura participaría a la regulación de la temperatura de cualquier espacio arquitectónico construido debajo de la tierra. Así como se ha explicado en el Capítulo III (1/ Hipótesis de trabajo) en verano, con 28 ºC fuera, debajo de la tierra, en un espacio a una temperatura cercana a 18 ºC, se conseguiría el confort térmico, y en invierno, con 5 ºC fuera, debajo de la tierra, en un espacio a una temperatura cercana a 18 ºC se conseguiría también el confort térmico, con poca cosa más (teniendo en cuenta, en las dos situaciones, la vestimenta de las personas, adecuada a las condiciones exteriores: ropa ligera en verano y ropa pesada en invierno). 2/ Evaluación previa de la situación térmica del metro de Barcelona. Mediciones propias de TMB Estudios de medición de temperatura y humedad (exterior e interior) se han realizado por el Departamento de Riesgos Laborales de TMB en los año 1998 y 1999. Estas mediciones se han realizado a lo largo de un año entero, dividido por trimestres. 70

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Lo que le falta al estudio del Departamento de Riesgos Laborales es no haber especificado la hora exacta de toma de datos (solo se indica el intervalo 08:00 – 17:00 de cada día de mediciones), el hecho de no haber medido en el mismo día en todas las estaciones de las 5 lineas, a la misma hora, para tener más facilidad en comparar los datos, y el hecho de no haber incluido en el estudio la velocidad del aire, especialmente la velocidad del aire exterior. Otro aspecto negativo es no haber integrado la temperatura y la humedad relativa de cada estación; estos dos parámetros se presentan siempre separados. Basicamente, en el primer trimestre de 1998, se han hecho mediciones los días 12‐13‐14, 16 y 29 de enero y en los días 5‐6, 10, 17‐18 de febrero, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 10 de febrero, y los valores han sido de 16.1 ºC / 51.5 % en el exterior y de 18 ºC / 48.6 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el mismo día, y los valores han sido de 17 ºC / 61.7 % en el exterior y 18.1 ºC / 71.3 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 21.6 ºC en Sants Estació (17 de febrero), con una temperatura exterior de 16.8 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 4.8 ºC. En el segundo trimestre de 1998, se han hecho mediciones los días 4‐5, 8, 12, 14‐15, 18‐19, 21 de mayo, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 12 de mayo, y los valores han sido de 23 ºC / 41 % en el exterior y de 25 ºC / 42 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 14 de mayo, y los valores han sido de 24.4 ºC / 40 % en el exterior y 24 ºC / 57 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 28.6 ºC en Sagrera (21 de mayo), con una temperatura exterior de 25.8 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 2.8 ºC. En el tercer trimestre de 1998, se han hecho mediciones los días 6, 8‐9, 14, 17, 20, 22, 27‐28 de julio, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 14 de julio, y los valores han sido de 26.9 ºC / 60 % en el exterior y de 28 ºC / 60 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 17 de julio, y los valores han sido de 27.2 ºC / 63 % en el exterior y 27.4 ºC / 68 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 32.8 ºC en Entença (27 de julio), con una temperatura exterior de 29.2 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 3.6 ºC. En el cuarto trimestre de 1998, se han hecho mediciones los días 13‐14, 20‐21, 23, 27, 30 de octubre y los días 3 y 9 de noviembre, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 21 de octubre, y los valores han sido de 19.2 ºC / 42 % en el exterior y de 24.2 ºC / 46 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 23 de octubre, y los valores han sido de 23 ºC / 53 % en el exterior y 24 ºC / 62 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 29.2 ºC en Entença (3 de noviembre), con una temperatura exterior de 23.6 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 5.6 ºC. En el primer trimestre de 1999, se han hecho mediciones los días 11 de febrero, 3‐4‐5, 11, 15, 17, 22, 24 de marzo, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 5 de marzo, y los valores han sido de 12.9 ºC / 46 % en el exterior y de 21 ºC / 46 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 11 de marzo, y los valores han sido de 18.5 ºC / 51 % en el exterior y 21 ºC / 65 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 25.3 ºC en Entença (22 de marzo), con una temperatura exterior de 17.8 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 7.5 ºC. En el segundo trimestre de 1999, se han hecho mediciones los días 7‐8, 10, 14‐15, 18, 22, 25, 28 de junio, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 14 de junio, y los valores han sido de 22.3 ºC / 70 % en el exterior y de 25.3 ºC / 63 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 15 de junio, y los valores han sido de 24.3 ºC / 60 % en el exterior y 25.6 ºC / 69 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 30.5 ºC en Sants Estació (28 de junio), con una temperatura exterior de 26.3 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 4.2 ºC. En el tercer trimestre de 1999, se han hecho mediciones los días 8‐9, 13, 16, 20‐21, 23, 28, 29 de septiembre, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 16 de septiembre, y los valores han sido de 25.7 ºC / 50 % en el exterior y de 28.1 ºC / 55 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 20 de septiembre, y los valores han sido de 21.1 ºC / 44 % en el exterior y 24 ºC / 72 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 31.3 ºC en Hospital Clínic (28 de septiembre), con una temperatura exterior de 25.5 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 4.7 ºC. 71

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En el cuarto trimestre de 1999, se han hecho mediciones los días 8‐9, 11, 16, 18, 22‐23, 25, 29 noviembre, en las líneas 1, 2, 3, 4, y 5 de metro. En Drassanes, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 16 de noviembre, y los valores han sido de 13 ºC / 46 % en el exterior y de 20 ºC / 59 % en el interior. En Penitents, la temperatura y la humedad relativa se han medido el día 18 de noviembre, y los valores han sido de 17 ºC / 46 % en el exterior y 20 ºC / 59 % en el interior. La temperatura interior más alta de esta sesión de mediciones ha sido 25.3 ºC en Sants Estació (25 de noviembre), con una temperatura exterior de 17.3 ºC. Lo que se traduce en una diferencia máxima de temperatura entre el exterior e interior de 8 ºC. Las tablas enseñan que la diferencia más grande de temperatura entre el exterior de una de las dos estaciones estudiadas y el interior de las mismas es de 8.1 ºC en Drassanes (5 de Marzo de 1999). En el resto de la red de metro, las diferencias más grandes se han registrado en los años 1998 y 1999 en las estaciones Sants Estació (tanto de la Línea 3, como de la Línea 5), Sagrera, Entença y Hospital Clínic, todas de la Línea 5 (entre 4 y 8 ºC diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de las estaciones – entre la calle y el andén). Sabiendo que la Línea 5 es la tercera línea más transitada en términos de volumen de viajeros, resulta un poco sorprendente el resultado de las mediciones del Departamento de Riesgos Laboraes de TMB. Como quedan desconocidas las horas exactas de toma de mediciones, resulta muy difícil hacer especulaciones o bién, formular hipótesis con respecto a la razón primordial de este fenómeno. Puede ser que las horas punta tengan su influencia en el aumento de la temperatura interior de los andenes (08:00 – 09:00 y 17:30 – 18:30), puede ser que se trate de un sistema de ventilación defectuoso a lo largo de los túneles de la Línea 5, puede ser que la geometría de las estaciones tenga alguna importancia, o simplemente, el volumen grande de viajeros que pasan por ciertas estaciones de la Línea 5 dan una concentración a estas estaciones en especial – Entença, Hospital Clínic, Sagrera, Sants Estació – sin que la Línea 5 sea globalmente la más transitada de Barcelona).

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3/ Experimento: mediciones in‐situ de los parámetros de confort térmico de las estaciones Drassanes y Penitents de la Línea 3 del metro de Barcelona, en condiciones de verano (21 – 27 de junio de 2010) 3.1/ Comparación de las gráficas de temperatura exterior de las dos estaciones En cuanto a las mediciones realizadas en las estaciones Drassanes y Penitents de la Línea 3, en la semana 21 – 27 de junio de 2010 (lunes – domingo), resultan interesantes las primeras observaciones de la comparación de gráficas de temperatura. En primer lugar, cabe añadir que, en todas las gráficas de temperaturas, se han introducido los límites de la zona de confort térmico en verano del ábaco de Givoni: 21 – 26 ºC. Al comparar las temperaturas exteriores de las dos estaciones durante una semana, la gráfica indica un aumento estable de temperatura a lo largo de toda la semana. Concretamente, se trata de un aumento de la temperatura mínima nocturna, que parte de los 11 ºC, y llega a los 23.5 ºC. En otras palabras, se trata de un aumento de 12.5 ºC en solo una semana. Esta diferencia de temperatura se ha registrado en el exterior de la estación Penitents. En el caso de la temperatura mínima nocturna registrada en el exterior de la estación Drassanes, el aumento ha sido de 9.5 ºC (de 15.5 ºC a 25 ºC). La altitud de la estación Penitents de aproximadamente 350 m por encima del nivel del mar, en comparación con la altitud de la estación Drassanes, de 2 m por encima del nivel del mar, puede explicar el hecho de tener una temperatura mínima nocturna menor en Penitents. De hecho, si se toman en consideración las temperaturas exteriores de las dos estaciones, a lo largo de toda la semana, se nota que la temperatura exterior de Penitents es constantemente menor que la temperatura exterior de Drassanes. La diferencia media de temperatura exterior entre Penitents y Drassanes es de 3 ºC, con una diferencia máxima de 5 ºC el lunes, y una diferencia mínima de 1 ºC el domingo. Además de la explicación que Penitents esté situada a una altitud mayor que Drassanes, y que esto influenciase la diferencia de temperatura, se puede considerar también que una gran importancia la tiene el fenómeno de la isla de calor. Es decir, en el centro de la ciudad (Drassanes), más transitado por coches y con más actividad en general, la

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temperatura exterior es mayor que en las zonas periféricas de la ciudad (Penitents), con menos tránsito de coches y menos actividad. Otra observación es que, además de tener un trayecto ascendente a lo largo de la semana, las dos temperaturas parten con una gran diferencia entre ellas, especialmente por la noche (de 5 ºC menos en Penitents que en Drassanes) y terminan la semana con una diferencia menor entre ellas, de 1 ºC por la noche. Es decir, la dos curvas parten muy separadas entre ellas el lunes y casi se yuxtaponen al final de la semana. En cuanto a las temperaturas máximas diarias, la diferencia entre los dos casos no es tan obvia. Aproximadamente a la 13:00 del mediodia, las dos curvas se yuxtaponen en 5 días de los 7 de la semana. En los otros días, la diferencia entre los dos casos es de 0.5 ºC. A mediodia, las temperaturas exteriores en los dos casos parten el lunes de 23.5 ºC y llegan el domingo a los 30.5 ºC en Drassanes y a los 29.5 ºC, lo que significa un aumento de 7 ºC, y de 6 ºC respectivamente.

Fig. 49 Comparación temperaturas exteriores Drassanes – Penitents, 21 – 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 3.2/ Comparación de las gráficas de temperatura interior de las dos estaciones Si comparamos las temperaturas interiores de las dos estaciones, a lo largo de toda la semana, constatamos que, a diferencia de las temperaturas exteriores que parten muy separadas el lunes y acaban la semana más próximas una a la otra, las temperaturas interiores parten el lunes casi solapándose y, hasta el fin de la semana, se separan claramente, con una diferencia de 2.5 ºC (menos en Penitents que en Drassanes). Las temperaturas mínimas nocturnas parten de circa 23 ºC el lunes en Drassanes y 24 ºC en Penitents, y terminan la semana a los 26.5 ºC en Penitents, el aumento de temperatura siendo de 2.5 ºC en el caso de esta estación. En el caso de Drassanes, la diferencia de la temperatura mínima nocturna a lo largo de toda la semana ha sido de 6 ºC, en otras palabras, 2 ºC más que en Penitents. Este hecho confirma la teoría de Peter Ordody, que constato en su investigación 51, que, en las estaciones de profundidad, el tiempo de retardo hasta acoplarse a las condiciones térmicas exteriores es de 30 días, mientras que, en el caso de las estaciones de superficie, la acoplación es casi inmediata, debido a la proximidad de la superficie. Además de esta explicación, podemos considerar también que otra razón 51

ORDÓDY, Péter; Thermal Comfort in the passenger areas of the Budapest Metro; Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No 2, 309 – 317, 2000 74

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sería obviamente, la situación que se registró en Penitents, de haber una temperatura exterior siempre menor que la temperatura exterior de Drassanes. En cuanto a la temperatura máxima diaria, partió de 27 ºC el lunes en las dos estaciones y llegó a los 28 ºC el domingo en Penitents (aumento de 1 ºC) y 30.6 ºC en Drassanes (aumento de 3.6 ºC). Repasando los datos, desde el valor de lunes hasta el valor de domingo, podemos ver que: - Temperatura mínima nocturna - EXTERIOR Drassanes 15.5 – 25 ºC ( +9.5 ºC) EXTERIOR Penitents 11 – 23.5 ºC (+12.5 ºC) - INTERIOR Drassanes 23 – 29 ºC (+6 ºC) INTERIOR Penitents 24 – 26.5 ºC (+2.5 ºC) - Temperatura máxima diaria - EXTERIOR Drassanes 23.5 – 30.5 ºC (+7 ºC) EXTERIOR Penitents 23.5 – 29.5 ºC (+6 ºC) - INTERIOR Drassanes 27 – 30.6 ºC (+3.6 ºC) INTERIOR Penitents 27 – 28 ºC (+1 ºC) La gráfica también enseña que, conforme con los límites de confort en verano (21 – 26 ºC) del ábaco de Givoni, empezando el miércoles, la temperatura interior de las dos estaciones está por encima del limite de 26 ºC.

Fig. 50 Comparación temperaturas interiores Drassanes – Penitents, 21 – 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 3.3/ Comparación de las gráficas de temperatura exterior versus la temperatura interior de las dos estaciones La comparación más interesante, por otro lado, es la superposición de la curva de la temperatura exterior con la curva de la temperatura interior, en las dos estaciones. Hemos visto que la temperatura interior en Drassanes ha aumentado más rapidamente a lo largo de la semana que la temperatura en Penitents, debido a la profundidad de la estación de Penitents y al hecho de tardar más en acoplarse a las condiciones climáticas exteriores. También hemos visto que la temperatura interior de Penitents ha sido constantemente por debajo de la temperatura interior de Drassanes, y la diferencia mayor se ha constatado al final de la semana, el domingo, cuando la diferencia entre la temperatura interior de Penitents y la temperatura interior de Drassanes ha sido de 2.5 ºC, cuando la diferencia entre la temperatura exterior de Penitents y la temperatura exterior de Drassanes ha sido de 1 ºC (menos en Penitents que en Drassanes). 75

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Si miramos la gráfica de la superposición de la temperatura exterior y la temperatura interior de Drassanes, constatamos que la curva de la temperatura interior está siempre por encima de la curva de la temperatura exterior. Al principio de la semana, el lunes, continuando con el martes y el miércoles en la misma tendencia, la diferencia de temperatura ha sido entre 3 y 9 ºC, observándose siempre una temperatura más alta al interior de la estación que al exterior. Los días siguientes, el crecimiento de la temperatura exterior ha sido más rápido que el crecimiento de la temperatura interior. La temperatura exterior ha aumentado unos 8 ºC promedio, mientras que la temperatura interior ha aumentado unos 5 ºC. El aumento más lento de la temperatura interior se puede deber a la fiesta de San Joan que se ha traducido en un puente para los ciudadanos de Barcelona, de 2 días (laborables) libres (jueves y viernes) seguidos por 2 días festivos (sábado y domingo). En todo este tiempo, la actividad del metro de Barcelona ha sido menos intensa que lo normal, con una frecuencia reducida de los trenes y con menos viajeros que durante una semana corriente de trabajo de principios de verano. Por eso, la potencial acumulación de calor al interior de las estaciones, debido a un aumento significativo de la temperatura exterior, no ha sido tan evidente, especialmente en Drassanes, estación de superficie, muy cerca del nivel de la calle, donde teoricamente debería ser más obvia. En cuanto a las temperaturas mínimas nocturnas, la mayor diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior ha sido de 9 ºC (más en el interior que al exterior de Drassanes), el día 23 de junio (miércoles). La mayor diferencia entre la temperatura diaria exterior e interior ha sido de 8 ºC (más en el interior que al exterior de Drassanes), también el miércoles. Entonces, en el último día laborable de la semana, el miércoles antes del puente de San Joan, se han registrado las diferencias más grandes entre la temperatura exterior y la temperatura interior de Drassanes. Como conclusión general, la diferencia promedio entre cualquier medición de temperatura diaria exterior – interior es de 4 ºC más en el interior que al exterior, con una diferencia máxima de 8 ºC (miércoles, tercer día de mediciones), y una diferencia mínima de 0 ºC (jueves – domingo a mediodía). En el caso de las mediciones efectuadas en la estación Penitents, se observan las mismas tendencias generales que en Drassanes, aunque con algunas matices. En este caso también, en los primeros 3 días (laborables) de mediciones, la diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior es muy significativa. En los siguientes 4 días (de puente), la diferencia entre las dos temperaturas disminuye considerablemente. También en este caso, la curva de la temperatura interior está siempre por encima de la curva de la temperatura exterior. Los primeros 3 días (laborables), la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior ha sido entre 4 y 12 ºC (en comparación con la diferencia de Drassanes de 3 y 9 ºC). Aquí también, la temperatura exterior ha aumentado mucho más rapidamente que la temperatura interior. La temperatura exterior ha aumentado unos 9 ºC promedio, mientras que la temperatura interior ha aumentado unos 2 ºC promedio (en comparación con Drassanes, donde la temperatura exterior ha aumentado unos 8 ºC promedio y la temperatura interior ha aumentado 5 ºC promedio). Aquí se nota claramente la lentitud de adaptación de las condiciones interiores de una estación de profundidad como Penitents a las condiciones térmicas exteriores). En cuanto a las temperaturas mínimas nocturnas, la mayor diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior ha sido de 13 ºC (más en el interior que al exterior de Penitents), el día 21 de junio (lunes) – en comparación con una diferencia de temperatura máxima nocturna entre interior y exterior de 9 ºC de Drassanes. Este hecho se puede deber a la altitud superior de Penitents en comparación con Drassanes y a una temperatura exterior en consecuencia, menor que en el caso de Drassaness, por un lado, y por otro lado al carácter de la estación Penitents, estación de profundidad, cubierta por, y envuelta en tierra. Esta masa de tierra y su inércia térmica, protegen el espacio interior de la estación, situado a una profundidad de 26 de metros, de las condiciones térmicas exteriores. Entonces, debido al “heat sink effect” descrito por Ampofo, Maidment y Missenden 52, las paredes del túnel y de la estación, almacenan calor durante el día y lo liberan por la noche, cuando fuera la temperatura baja considerablemente. Entonces por la noche la temperatura interior se mantiene más o menos constante, mientras que la temperatura exterior baja. Así se explica la diferencia mayor de temperatura en Penitens que en Drassanes por la noche. La mayor diferencia entre la temperatura diaria exterior e interior ha sido de 9 ºC (más en el interior que al exterior de Penitents), el martes, segundo día de mediciones – en comparación con los 8 ºC de diferencia en Drassanes. En conclusión, la diferencia máxima de temperatura diaria ha sido de 9 ºC, y una diferencia mínima de 0 ºC (jueves – domingo a mediodía). La diferencia promedio entre cualquier medición de temperatura diaria exterior – interior es de 5 ºC más en el interior que al exterior. La diferencia entre la temperatura interior y exterior de las dos esatciones se nota claramente en las dos gráficas, a la hora de compararlas entre ellas (temperatura interior – exterior Drassanes y temperatura interior – exterior Penitents). La distancia entre las curvas de Penitents es más grande que la distancia entre las dos curvas de temperatura de Drassanes. 52

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004 76

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Otra observación con respecto a las dos curvas de las temperaturas exteriores de Drassanes y Penitents, a lo largo de toda la semana, es que la “campana” diaria de la curva de Drassanes es más ancha que la “campana” de Penitents. Eso significa que en Penitents, se llega a una temperatura máxima más rapidamente y se baja igual de rápido. En cambio en Drassanes, la subida de temperatura es más lenta, se llega a una temperatura máxima, después se baja ligeramente hasta el fin del día. En fin, repasando los datos de las dos gráficas por comparación, tenemos: - Diferencia temperatura interior ‐ exterior - Espectro: Drassanes 3 – 9 ºC Penitents 4 ‐ 12 ºC - Promedio: Drassanes + 4 ºC Penitents + 5 ºC - Mínima nocturna: Drassanes + 9 ºC Penitents + 13 ºC - Diaria: Drassanes + 8 ºC Penitents + 9 ºC - Aumento promedio temperatura exterior > lunes ‐ domingo Drassanes + 8 ºC Penitents + 9 ºC - Aumento promedio temperatura interior > lunes ‐ domingo Drassanes + 5 ºC Penitents + 2 ºC - Temperatura máxima semanal EXTERIOR Drassanes 30.5 ºC EXTERIOR Penitents 29.5 ºC INTERIOR Drassanes 30.6 ºC INTERIOR Penitents 28 ºC - Temperatura mínima semanal EXTERIOR Drassanes 15.5 ºC EXTERIOR Penitents 11 ºC INTERIOR Drassanes 23 ºC INTERIOR Penitents 24 ºC Si miramos las gráficas de temperatura interior y exterior de las dos estaciones de metro durante un solo día de la semana, el miercoles, el tercer día de mediciones (23 de junio), constatamos un aspecto interesante. La temperatura interior, tanto en Drassanes como en Penitents, no baja al mismo ritmo que la temperatura exterior. Si fuera, la temperatura empieza a descender a partir de las 19.00 de la tarde, dentro de la estación, en el andén, la temperatura se mantiene constante hasta las 23.00 de la noche. Es decir, si fuera la temperatura baja unos 5 o 6ºC en el intervalo horario 19.00 – 23.00, dentro de la estación de metro, la temperatura se mantiene constante en el intervalo 19.00 – 23.00, tal vez bajando 1 ºC, máximo 2 ºC. Entonces, el perfil de un día típico de principios de verano, de la temperatura dentro de la estación de metro de Drassanes, sería definido por el carácter constante de la temperatura interior en las horas de la mañana (26 ‐ 27 ºC entre 06.00 – 11.00), una subida lenta hasta una temperatura máxima de 30.6 ºC, entre 11.00 – 17.00, una bajada lenta de la temperatura hasta los 28 ºC, entre 17.00 – 19.00, una temperatura constante de 28 ºC hasta las 23.00 de la noche, después una bajada lenta de la temperatura, durante toda la noche cuando no circulan los trenes, no hay pasajeros para contribuir a un aumento de temperatura interior y la temperatura exterior es baja, hasta las 06.00 de la manana cuando reempieza el ciclo desde los 26 ‐ 27 ºC. Lo que resulta sorprendende en efecto, es que, hora tras hora, empezando a las 19.00 de la tarde, se nota el descenso de la temperatura exterior, pero las mediciones realizadas en el interior de la estación, en el andén, marcan el mismo valor. Esto puede significar que el calor queda atrapado dentro de la estación, el sistema de ventiación de la red no funciona de manera correcta para evacuar este calor, y la temperatura interior tarda un tiempo en acoplarse a la temperatura exterior, y baja alrededor de las 23.00 de la noche. 77

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Fig. 51 Comparación temperaturas exterior – interior en Drassanes y Penitents, 21 – 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 78

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Fig. 52 Comparación temperaturas exterior – interior en Drassanes y Penitents, 23 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 79

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3.4/ Comparación de las gráficas de humedad relativa exterior e interior de las dos estaciones Las curvas de la humedad exterior en Drassanes y en Penitents, representadas en una sola gráfica de mediciones, indican una tendencia y unos valores idénticos en los primeros 3 días de la semana, y unas diferencias en los siguientes 4 días, cuando la humedad en Penitents es más baja que la humedad exterior en Drassanes. Cabe añadir que, en el caso de la estación de Drassanes, tanto la temperatura exterior, como la humedad exterior, reciben la influencia del Mar Mediterráneo. Entonces, una humedad exterior superior es de esperar en Drassanes. Los valores mínimos de la humedad relativa exterior en Drassanes han sido de 30% (el domingo), y en Penitents de 20% (el viernes). Los valores máximos de la humedad relativa exterior en Drassanes han sido de 80% (miércoles y jueves), y en Penitents de 90% (el miércoles). Entonces, la humedad relativa exterior promedio en Drassanes ha sido de 55%, y en Penitents también de 55%. Las curvas de la humedad relativa interior en Drassanes y en Penitents, también representadas en una sola gráfica de mediciones, tienen el mismo perfil y los mismos valores a lo largo de toda la semana. Los valores mínimos de la humedad relativa interior en Drassanes han sido de 35% (el jueves), y en Penitents de 35% también (el viernes). Los valores máximos de la humedad relativa interior en Drassanes han sido de 60% (jueves), y en Penitents de 61% (el miercoles). Entonces, la humedad relativa interior promedio en Drassanes ha sido de 47%, y en Penitents de 48%. Repasando los datos, tenemos: - Humedad relativa máxima semanal EXTERIOR Drassanes 80% EXTERIOR Penitents 90% INTERIOR Drassanes 60% INTERIOR Penitents 61% - Humedad relativa mínima semanal EXTERIOR Drassanes 30% EXTERIOR Penitents 20% INTERIOR Drassanes 35% INTERIOR Penitents 35% - Humedad relativa semanal promedio EXTERIOR Drassanes 55% EXTERIOR Penitents 55% INTERIOR Drassanes 47% INTERIOR Penitents 48% Si la humedad interior y la humedad exterior se analizan en paralelo, en la misma gráfica, resulta que, en el caso de Drassanes, el perfil de la humedad interior de la estación sigue fielmente el perfil de la humedad exterior, con sus subidas y sus descensos. La oscilación de la humedad interior no es tan amplia que la oscilación de la humedad exterior, es claramente más estable, situándose a lo largo de la semana solo en el intervalo 35 – 60%, mientras que la humedad exterior de Drassanes ha oscilado entre 30 – 80%. Esta correlación entre la humedad exterior y la humedad interior de Drassanes se explica obviamente por la proximidad de la superficie del andén (interior) de la estación. Durante la semana entera de mediciones, en el caso de la estación Drassanes, de día, la humedad interior ha sido más baja que la humedad exterior (solo con algunas excepciones por la noche). El aire exterior, cerca del Mar Mediterráneo, puede ser más húmedo que el aire interior de la estación, que está sometido a unas “reglas” microclimáticas excepcionales. En el caso de Penitents, la correlación entre el perfil de la humedad interior y la humedad exterior no es tan obvia a lo largo de toda la semana. Si en los primeros 4 días de mediciones, las humedades tienen el mismo comportamiento (ascensos y descensos), en los últimos 3 días, los comportamientos son opuestos. Cuando la humedad exterior baja, la humedad interior tiende a subir. Un fenómeno interesante en la estación Penitents es la presencia del agua subterránea que es visible en el medio de las vías de tren, donde forma una pequeña escorrentía. En los últimos 3 días de mediciones, con una sola excepción, la humedad relativa interior es mayor que la humedad relativa exterior en Penitents. Se puede especular que la escorrentía presente siempre entre las vías de metro, participa a un microfenómeno de refrigeración evaporativa, que, junto con la inércia de la masa de tierra circundante (“heat sink effect”), el retraso de adaptación de la temperatura interior a la temperatura exterior en las estaciones de profundidad, la temperatura exterior más baja en Penitents que en Drassanes debido a la altitud de la estación y con el fenómeno de la isla de calor de Barcelona, explica la temperatura interior más baja en Penitents que en Drassanes a lo largo de toda la semana de mediciones, y quizás una humedad relativa interior mayor en Penitents. Se puede deducir entonces, que la humedad relativa interior de Penitents, debido a la distancia entre el andén y el exterior y a las aguas de escorrentía, no está siempre en correlación con la humedad relativa exterior, y que, especialmente en las estaciones de profundidad, se forman fenómenos microclimáticos muy particulares, no siempre acoplados a las condiciones climáticas exteriores. De todas maneras, la humedad exterior en Penitents, ha oscilado en el intervalo 20 – 90%, mientras que la humedad relativa interior se ha mantenido en el intervalo 35 – 61%.

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Ampofo, Maidment y Missenden recomiendan que la humedad relativa dentro de las estaciones de metro sea siempre mayor que 30%, para evitar problemas de sequedad de los ojos, de la garganta y de la nariz en los pasajeros 53. El ingeniero Gabriel Haller 54, del Climatic Wind Tunnel Vienna, indicó el estándar europeo de confort en los trenes subterráneos EN 14750‐1:2006: Railway applications – Air conditioning for urban and suburban rolling stock – Part 1: Comfort parameters, donde se especifica que la humedad relativa interior del metro tiene que ser entre 25 – 65%. El índice de calor relativo RWI (Relative Warmth Index) de ASHRAE 55, indica una humedad relativa aceptable en el metro de 30 – 60%. Con estos 3 argumentos presentados, se deduce que la humedad relativa interior de las dos estaciones analizadas, está dentro de los límites de confort indicados tanto por un estándar europeo, como por un estándar norteamericano, al mismo tiempo. Comparando las dos gráficas humedad relativa interior – exterior Drassanes y humedad relativa interior – exterior Penitents, que reflejan las mediciones de solo un día (miércoles, tercer día de mediciones), se constata que, en general, la humedad relativa interior es más constante, no varía mucho, en cambio, la humedad relativa exterior varía bastante a lo largo de un solo día. La humedad relativa interior en las dos estaciones tiene un espectro de variación de máximo 10%, mientras que la humedad relativa exterior tiene un espectro de oscilación de 30‐40%. Esta observación apoya aún más la idea de formación de microclimas muy específicos dentro de las estaciones de metro, acopladas más o menos a las condiciones térmicas exteriores. En cuanto a los límites superior e inferior de humedad relativa en las estaciones de metro, se ha elegido el intervalo 30 – 60%. Este intervalo se utilizará también en combinación con los límites de temperatura del ábaco de Givoni. Se mantendrán los límites 21 – 26 ºC propios de la zona de confort en verano en el ábaco de Givoni, pero se cambiarán los límites de humedad a 30 – 60%. Las gráficas de la humedad relativa interior de las dos estaciones enseñan que los valores medidos están dentro de la zona de confort 30 – 60% en la mayoría del tiempo. 53

AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 54 HALLER, Gabriel; Thermal Comfort in Rail Vehicles; Climatic Wind Tunnel Vienna; RTA Rail Tec Arsenal, 2006, Viena 55 ASHRAE; ASHRAE Standard 55‐2004. Thermal Environment conditions for human occupancy; American Society of Heating, Ventilation and Air‐Conditioning, 2004 81

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Fig. 53 Comparación humedad relativa exterior en Drassanes y Penitents, 21 ‐ 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia)

Fig. 54 Comparación humedad relativa interior en Drassanes y Penitents, 21 ‐ 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 82

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Fig. 55 Comparación humedad relativa exterior – interior en Drassanes y Penitents, 21 ‐ 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 83

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Fig. 56 Comparación humedad relativa exterior – interior en Drassanes y Penitents, 23 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 84

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3.5/ Comparación de las gráficas de temperatura – humedad exterior e interior las dos estaciones En las gráficas que combinan los parámetros de temperatura y humedad, tanto exterior, como interior, tanto en el caso de la estación de Drassanes, como en la estación de Penitents, observamos que la tendencia en todos los casos es de subida de humedad cuando la temperatura baja, y de descenso de la humedad, cuando la temperatura sube. En el caso de las temperaturas y humedades interiores de Drassanes y Penitents, se observa que, cuanto más tiende a subir la gráfica de la temperatura, más baja la gráfica de la humedad relativa asociada. En el caso de las temperaturas y humedades exteriores de Drassanes y Penitents, se observa que, en los primeros 3 días de mediciones, las curvas temperatura – humedad relativa asociada, tienen un cierto perfil, mientras que en los siguentes 4 días de mediciones, este perfil cambia. Esto significa que la temperatura ha registrado un aumento significativo, mientras que la humedad ha bajado mucho, inversando los perfiles de los dos parámetros. En las mediciones realizadas por el Departamento de Prevención de Riesgos Laborales de TMB, la mayor diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior de Drassanes ha sido de +3 ºC, en junio de 1999. En Penitents, la mayor diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior ha sido de +1.3 ºC en el mismo mes. En aquel mes también, según las mediciones del equipo de TMB, la mayor diferencia registrada ha sido de +4.2 ºC en Sants Estació Línea 3. No se sabe a que hora se han registrado estas temperaturas, pero como se ha visto anteriormente, la temperatura interior y exterior varían mucho durante el día, varian mucho de un día a otro y varian mucho de un año a otro en el mismo día. Entonces, las mediciones realizadas por el Departamento de Prevención de Riesgos Laborales de TMB, no son muy concluyentes y no pueden ser utilizados por comparación con las mediciones realizadas para el presente estudio.

IIIer trimestre 1998

Unid.

Día

Temperatura

(ºC)

Humedad relativa

(%)

Exterior

Interior

Diferencia

Día

Exterior

Interior

Diferencia

Día

Calle

Andén

Andén ‐ Calle

Calle

Andén

Andén ‐ Calle

ENTENÇA ‐ L5 DIFERENCIA máx. ANDÉN ‐ CALLE

27.2

27.4

+0.2

27‐Jul

+3.6

DRASSANES

PENITENTS

26.9

+1.1

PENITENTS

Unid.

Día

Exterior

Interior

Diferencia

SANTS EST ‐ L3 DIFERENCIA máx. ANDÉN ‐ CALLE

Temperatura

(ºC)

Humedad relativa

(%)

14‐ Jun

IIo trimestre 1999

14‐Jul

DRASSANES Exterior

Interior

Diferencia

17‐Jul

Día

Calle

Andén

Andén ‐ Calle

Calle

Andén

Andén ‐ Calle

22.3

25.3

24.3

25.6

+1.3

‐7

15‐ Jun

28‐ Jun

+4.2

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Fig. 57 Comparación temperatura exterior – humedad relativa exterior en Drassanes y Penitents, 21 ‐ 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 86

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Fig. 58 Comparación temperatura interior – humedad relativa interior en Drassanes y Penitents, 21 ‐ 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 87

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3.6/ Análisis del confort térmico de las dos estaciones de metro utilizando el ábaco de Givoni Un análisis más concluyente de los parámetros temperatura – humedad relativa asociada, se puede hacer mediante el ábaco de confort de Givoni. Este ábaco indica las zonas de confort en verano y en invierno, en función de la combinación de los dos parámetros clave: temperatura y humedad relativa. Según Ampofo, Maidment y Missenden, hay también otras gráficas de las zonas de confort, diseñadas para las estaciones subterráneas de transporte o para medios subterraneos de trabajo, que se pueden utilizar. Estas gráficas son: - la gráfica de confort térmico de Parker, publicada en su trabajo “Air‐conditioning related to passenger environment” 56, en 1972 en el Reino Unido; parámetros de confort térmico 19 ºC < Toptima(ºC) < 24 ºC; 30% < HRoptima (%) < 70% - la gráfica de confort térmico de Bell y Watts, publicada en su trabajo “Thermal limits for industrial workers” 57, en 1971 en el Reino Unido; parámetros de confort térmico 20 ºC < Toptima (ºC) < 27 ºC; 25% < HRoptima (%) < 60% - la escala objetiva de apreciación del confort térmico de ASHRAE en relación con el índice RWI 58 parámetros de confort térmico 22.2 ºC < Toptima (ºC) < 27.2 ºC; 30% < HRoptima (%) < 60% Mientras que el ábaco de Givoni indica los siguentes parámetros para el confort en verano: párametros de confort térmico 21 ºC < Toptima (ºC) < 26 ºC; 20% < HRoptima (%) < 85% Dada la amplitud del espectro del confort térmico, según las fuentes mencionadas, en el presente estudio se trabajará con los valores del ábaco de Givoni, con pequeñas modificaciones. La humedad relativa interior, especialmente para las estaciones subterráneas de transporte, siendo citada a priori como valor entre aproximadamente 30% ‐ 60%, se introducirá como parámetro nuevo en el ábaco de Givoni, en vez de 20% ‐ 85% (Fig. 59). El intervalo de temperatura de 21 ºC ‐ 26 ºC, propio del ábaco de Givoni, se mantendrá. Tal y como se ha explicado en la metodología de trabajo, los puntos de medición temperatura – humedad se han introducido en el ábaco de Givoni, para cada día de medición, para cada estación. Los puntos considerados han sido temperatura – humedad relativa exterior y temperatura humedad relativa interior para Drassanes y lo mismo para Penitents. Entonces tenemos 2 ábacos para cada día de medición, uno para Drassanes y uno para Penitents, y se pueden analizar tanto en paralelo, una estación con la otra en el mismo día, como en su evolución a lo largo de toda la semana, día tras día. En el análisis de los ábacos de Givoni, resulta que, en los primeros 2 días de mediciones (lunes y martes), la mitad de los puntos interiores temperatura – humedad relativa, tanto en Drassanes como en Penitents, están dentro de la zona de confort en verano CV, mientras que la otra mitad sale de la zona de confort hacia la derecha, hacia las temperaturas más altas de 26 ºC, en el segundo día registrándose humedades relativas interiores más altas que en el primer día. Este aspecto es muy interesante porque los puntos exteriores temperatura – humedad relativa están 80% fuera de la zona de confort, hacia la izquierda, hacia las temperaturas más bajas de 21 ºC. En los próximos 2 días (miércoles y jueves), se nota el despazamiento claro de todos los puntos interiores temperatura – humedad relativa fuera de la zona de confort en verano CV, hacia las temperaturas altas. Solo un 5% de los puntos interiores están dentro de la zona de confort en Drassanes, mientras que en Penitents se trata de 20% de los puntos dentro de la zona de confort. Los otros puntos interiores, tanto en Drassanes como en Penitents, están fuera de la zona CV, hacia la derecha, es decir, hacia las temperaturas mayores que 26 ºC, obervándose otra vez un aumento de la humedad interior. El miércoles, todos los puntos exteriores temperatura – humedad relativa, tanto en Drassanes como en Penitents, están fuera de la zona de confort, hacia la izquierda, hacia las temperaturas menores de 21 ºC. En cambio el jueves, la mitad de los puntos exteriores temperatura – humedad relativa, tanto en Drassanes como en Penitents, están de nuevo dentro de la zona de confort. En los últimos 3 días de mediciones (viernes, sábado y domingo), se nota claramente que totos los puntos interiores temperatura – humedad relativa, tanto en Drassanes como en Penitents, están ya fuera completamente de la zona de confort CV, hacia la derecha (hacia las temperaturas mayores de 26 ºC). En estos 3 días en cambio, la gran mayoría de los puntos exteriores temperatura – humedad relativa, tanto en Drassanes como en Penitents, están dentro de la zona de confort CV, lo

PARKER, J.C.; Air‐conditioning related to passenger environment; C32/72, Railway Division Conference on Passenger Environment, IMechE, 1972 (pag 58 – 62) 57 BELL, C.R.; WATTS, A.J.; Thermal Limits for industrial workers; Br. J. Ind. Med. 28, 1971 (pag 259 – 264) 58 ASHRAE; ASHRAE Standard 55‐2004. Thermal Environment conditions for human occupancy; American Society of Heating, Ventilation and Air‐Conditioning, 2004, considerando RWI 0 = un poco frio; 0.08 = confortable; 0.15 = un poco caluroso; 0.25 = caluroso 88

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que resalta aún más el carácter inadecuado de las condiciones térmicas interiores del metro de Barcelona, en las dos estaciones estudiadas, en verano. El trabajo con el ábaco de Givoni ha mostrado claramente que, desde el punto de vista de los parámetros temperatura y humedad relativa, analizados en su acción conjunta, en el contexto de la existencia de un marco de referencia del confort térmico en verano (la zona de confort CV), las condiciones térmicas en las dos estaciones del metro de Barcelona no son confortables termicamente para los pasajeros. En los últimos 15 anos, se han introducido máquinas de aire acondicionado en los vagones de metro de Barcelona. Conforme con las hipótesis formuladas al principio del estudio y según los varios textos científicos publicados sobre este tema, puede ser que el uso de las máquinas de aire acondicionado en los vagones de metro sea parte de un círculo vicioso: (1) se han introducido al principio porque habia una acumulación de calor en verano en el metro de Barcelona (debido al funcionamiento de los trenes: frenado, aceleración, motores, fuerzas de fricción) que subía la temperatura interior un poco por encima de la temperatura exterior (1 ‐ 2 ºC); (2) se ha generalizado el uso del aire aconidicionado en todos los trenes de metro (se han montado máquinas de aire acondicionado en los trenes más antiguos y se han introducido trenes nuevos con aire acondicionado incorporado); (3) las máquinas de aire acondicionado sacan el calor del interior de los trenes, más un 25% 59, y lo expulsan al exterior de los trenes, en los andenes, en los túneles de metro, contribuyendo al aumento de la temperatura interior de la red de metro de Barcelona; las máquinas de aire acondicionado de los trenes quedan encendidas y en pleno rendimiento incluso cuando no se necesitan (por la noche, los fines de semana, en tramos con poco tránsito de pasajeros); (4) la temperatura interior general de la red de metro sube hasta valores inaceptables, lo que confirma la necesidad de uso de las máquinas de aire acondicionado, y la diferencia máxima entre la temperatura interior y la temperatura exterior de una estación de metro, hemos visto que puede llegar a ser de 9 ºC (según las mediciones de las estaciones de Drassanes y Penitents), con una diferencia promedio de 4 ºC entre el interior y el exterior.

Fig. 59 Izquierda: Ábaco de Givoni en su versión estándar; Derecha: Ábaco de Givoni reinterpretado, con la zona de confort en verano entre 21 – 26 ºC y 30 – 60% (Fuente: elaboración propia) 59

Información que resultó después de la reunión con el señor José Calvo del Departamento Material Móvil de TMB (5 de julio de 2010) 89

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Fig 60 Ábaco de Givoni reinterpretado con las mediciones de temperatura y humedad relativa, exterior e interior, de las estaciones Drassanes y Penitents, en la semana 21 – 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 3.7/ Comparación de las gráficas de temperatura exterior e interior de las dos estaciones con la temperatura interior de los vagones de metro En la semana 21 – 27 de junio de 2010, se han realizado también mediciones de temperatura en el interior de los vagones de metro, en el tramo entre las estaciones Drassanes y Penitents, cada hora. El propósito de estas mediciones ha sido averiguar si realmente hay un problema de choque térmico al entrar / al salir de los vagones de metro, en contacto con el aire interior de los andenes de metro. Para ello, se han realizado dos gráficas de temperaturas: (1) temperatura exterior en Drassanes y Penitents versus la temperatura interior de los vagones de metro y (2) temperatura interior en Drassanes y Penitents versus la temperatura interior de los vagones de metro. En la primera gráfica, resultó que, en comparación con los límites inferior y superior de confort (mantenidos según el ábaco de Givoni entre 21 y 26 ºC), la temperatura interior de los vagones ha sido bastante constante a lo largo de la semana y se ha situado especialmente en la franja superior del área de confort térmico. Solo en algunos casos, la temperatura interior de los vagones ha superado el límite superior de confort. En relación con la temperatura exterior, tanto de Drassanes como de Penitents, el aire acondicionado estaba en marcha incluso cuando fuera, la temperatura exterior casi entraba en la parte inferior del área de confort. En comparación con la gráfica de la temperatura interior, tanto de Drassanes, como de Penitents, versus la temperatura interior de los vagones de metro, se nota que, al principio de la semana de mediciones, se registró casi la misma temperatura en los andenes que dentro de los vagones de metro. Solo hacia el fin de la semana de mediciones, la temperatura dentro de los vagones de metro fue menor que la temperatura de los andenes. Es interesante que, mediante el uso de las máquinas de aire acondicionado en los trenes de metro, se consigue la misma temperatura del aire exterior de la estación, dentro de los vagones de metro, mientras que el espacio intermedio, el andén, queda a una temperatura mucho mayor. Han habido situaciones (domingo, el séptimo día de mediciones, a las 11:00, en Drassanes) cuando, dentro del vagón de metro, la temperatura ha sido 7 ºC menor que la temperatura del anden, entonces, el paso desde un espacio muy fresco (23 ºC) a un espacio más caluroso (29.9 ºC) es muy desagradable para los pasajeros. Mientras que el paso desde un espacio muy caluroso (30 ºC) a un espacio más fresco (24 ºC), puede ser agradable para unos y muy molesto para otros que sienten muy agudamente o son más sensibles a la diferencia de temperatura. Lo que puede ser más molesto aún es que el paso desde una temperatura a otra es inmediato, sin espacios intermedios que faciliten la transición de temperatura y permitir al cuerpo adaptarse a la nueva situación térmica. Al entrar en el vagón de metro, en un solo paso, el pasajero está saliendo de un ambiente a 30 ºC y está entrando en un ambiente a 23 ºC, todo al mismo tiempo. La temperatura máxima a lo largo de la semana, dentro de los vagones de metro, ha sido de 27 ºC, mientras que la temperatura mínima ha sido de 23 ºC. 92

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En cuanto a las máquinas de aire acondicionado de los trenes de metro, en la Línea 3 del metro de Barcelona (Linea Verde) hay 30 trenes en funcionamiento corriente 60. Cada tren tiene 5 vagones. De estos 30 trenes, 24 son más antiguos y 6 son más modernos. De los 24 trenes más antiguos: ‐ 18 trenes son Serie 2000, son de 1986, con 36 asientos por vagón (36 x 5 = 180 asientos por tren) y aire acondicionado montado encima en 1990 ‐ 6 trenes son Serie 3000, son de 1992, con 30 asientos por vagón (30 x 5 = 150 asientos por tren) y aire acondicionado montado encima en 1993 Los 6 trenes modernos son Serie 5000, son de 2004, con 24 asientos por vagón (24 x 5 = 120 asientos por vagón) y aire acondicionado incorporado en el techo. En cuanto a las máquinas de refrigeración situadas encima de los trenes, notamos la presencia de 5 máquinas por cada tren (o 1 máquina por cada vagón de tren). Las máquinas de aire acondicionado de las Series más antiguas, 2000 y 3000, tienen una potencia instalada de 24 kWh por vagón (o 120 kWh por cada tren), mientras que las máquinas de la Serie más recente, la 5000, tienen una potencia instalada de 20 kWh por vagón (o 100 kWh por cada tren). Las máquinas de aire acondicionado incorporadas en los techos de los trenes de la Serie 5000, se activan automaticamente si detectan una temperatura superior a 23ºC en los vagones. Al revés, se apagan, si la temperatura está por debajo de los 23ºC. También tienen unos sensores que detectan la temperatura exterior (de los túneles y de los andenes) y automaticamente ajustan la temperatura del interior de los vagones como para no crear choques térmicos al salir de estos (máximo 7 ºC de diferencia entre un ambiente y otro). El aire acondicionado se pone en marcha en los meses de mayo (20%), junio (80%), julio (100%), agosto (100%), septiembre (80%) y octubre (20%). En el resto del año (los 6 meses restantes), el aire acondicionado queda completamente apagado. A través del “regenerative braking” que se usa en los trenes de la Línea 3 del metro de Barcelona, se recupera un 30% de la energía cinética que se genera durante el frenado de los trenes. Esta energía se transfera del tren a la red eléctrica del metro, para ser utilizada por otros trenes o por otras instalaciones de la red de metro. Conforme con lo que el señor Calvo declaró, las máquinas de refrigeración expulsan el calor que extraen de los vagones de metro, más 25%. Este aire caliente queda parte en la red de túneles y en los andenes y parte se expulsa mecanicamente a través de las bocas de ventiación de los tuneles. La velocidad máxima de los trenes es de 65 km/h o de 18m/s.

Información que resultó después de la reunión con el señor José Calvo del Departamento Material Móvil de TMB (5 de julio de 2010) 93

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Fig. 61 Temperatura exterior (interior) de las estaciones Drassanes y Penitents versus la temperatura dentro de los vagones de metro, en la semana 21 – 27 de junio de 2010 (Fuente: elaboración propia) 3.8/ Análisis de las gráficas de temperatura exterior e interior y de la velocidad del aire exterior e interior de las dos estaciones En lo que concierne la velocidad del aire en el interior de las estaciones de metro, la presente investigación demuestra que, en los dos casos estudiados, es un parámetro casi despreciable. Los únicos momentos cuando el aire se movía eran cuando pasaban los trenes por la estación, momento en el cual la velocidad del aire podía subir hasta 6‐7 m/s, marcando una diferencia neta a nivel de descenso de la temperatura de sensación. En el resto del tiempo, la velocidad del aire, tanto en Drassanes como en Penitents, quedo entre 0 y 0.2 m/s, porque las mediciones de la velocidad del aire se han hecho después de haber pasado un tren por la estación y su movimiento de aire ulterior. En Penitents, los accesos desde el exterior, desde la calle, están tan lejos del andén y del punto de medición, que el aire exterior, aunque registró movimientos considerables, con una velocidad de 9.2 m/s el lunes (primer día de mediciones), no pudo marcar una diferencia en el interior de la estación y en lo que concierne el descenso de la temperatura de sensación. En Drassanes se registró la misma situación, con una velocidad del aire interior de 0 – 0.2 m/s, mientras que el aire exterior registró una velocidad máxima a lo largo de la semana de 4.2 m/s, el miércoles (tercer día de mediciones). Aunque en Drassanes, los 3 accesos desde el exterior están más cerca del punto de medición situado en medio de uno de los andenes, el movimiento del aire exterior no llega a resentirse en el interior de la estación de metro. Quizás que un diseño de la estación de Drassanes que facilite la ventiación cruzada hubiera sido más sensible en cuanto al efecto favorable del movimiento del aire en el estado de confort térmico. Los 3 accesos desde el exterior en Drassanes no están en puntos opuestos de la estación, sino que están en la misma parte, hacia Las Ramblas. Por otro lado es muy interesante en Drassanes como la curva de la velocidad del aire exterior tiene el mismo perfil que la curva de la temperatura exterior, con una velocidad mayor del aire a una temperatura mayor del aire. Es decir, la acción del aire en movimiento no enfria el aire, no baja su temperatura, debido probablemente a la proximidad del Mar Mediterráneo (haría falta más investigación en este sentido). El poco movimiento de aire que hay en las dos estaciones de metro no se debe solo a la falta de ventiación cruzada (mediante accesos dispuestos en extremidades opuestas de la estación), o a la distancia considerable entre un acceso y un andén demasiado profundo, como en Penitents, sino que también puede tener que ver con el sistema de ventilación central 94

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de la red de metro de Barcelona. Puede ser que el sistema no funcione dentro de sus parámetros óptimos, entonces resulta casi imposible evacuar el calor acumulado dentro de la red de túneles. Desafortunadamente, en el presente estudio, no se ha entrado en contacto con el personal de TMB encargado del sistema de ventilación del metro, pero se tiene prevista esta medida en un estudio más aprofundado del tema. F Fig. 62 Temperatura exterior (interior) de las estaciones Drassanes y Penitents versus la velocidad del aire exterior (interior) (Fuente: elaboración propia) 95

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3.9/ Análisis de las gráficas de temperatura exterior e interior y de la temperatura de radiación de las dos estaciones En las siguientes 3 gráficas, se investiga el aporte que la temperatura de radiación de la superficie del techo del andén pueda tener sobre la temperatura interior de las dos estaciones de metro estudiadas. La temperatura de radiación del techo encima de las vías de metro se ha medido a lo largo de toda la semana, tanto en su parte inferior (mirando desde el andén hacia arriba), como en su parte superior (al nivel de la calle, la temperatura de radiación de la superficie situada encima del techo del andén). Como la parte superior del techo del andén (la calle Portal de Santa Madrona en Drassanes y la Avenida Vallcarca en Penitents) está expuesta a la radiación solar directa durante gran parte del dia, tanto en Drassanes, como en Penitents, cabe suponer que el techo del andén se pueda calentar, contribuyendo al aumento de la temperatura interior al nivel del andén. Esta situación es más posible en Drassanes que en Penitents. En Drassanes hay solo 1 metro de estructura y tierra entre el nivel de la calle y el la parte inferior del techo del andén, mientras que en Penitents hay 22 metros de estructura y masa de tierra entre el nivel de la calle y la parte inferior del techo del andén. En Penitents, la temperatura de radiación exterior llega a una máxima diaria de 55 ºC (con una mínima diaria de 18 ºC), mientras que la temperatura de radiación interior tiene casi la misma curva en la gráfica que la curva de la temperatura interior de la estación, con un espectro de oscilación de 5 ºC (entre 25 y 30 ºC), y con una tendencia ascendente hacia el fin de semana, igual que la temperatura interior. En Drassanes, la temperatura de radiación exterior llega a una máxima diaria de 53 ºC (con una mínima diaria de 18 ºC), mientras que la temperatura de radiación interior tiene un espectro de variación menos amplio que en Penitents, de solo 3 ºC (entre 30 y 33 ºC). La curva de la temperatura interior de radiación de Drassanes está situada siempre por encima de la curva de la temperatura interior y tiene también una tendencia ascendente hacia el fin de semana. Lo que resulta comparando las dos gráficas, la de Penitents y la de Drassanes, es que obviamente, la superficie inferior del techo del andén de Drassanes responde a la radiación solar recibida durante el dia, debido a solo 1 metro de distancia, mientras que en Penitents, la temperatura de radiación de la superficie inferior del techo del andén queda indiferente a la radiación solar diaria recibida por su parte superior, debido a los 22 metros de distancia. Entonces se puede suponer que la temperatura de radiación del techo encima de las vías de tren, en las estaciones de superficie, con 1 metro de grosor de estructura y tierra separando el ambiente del andén del nivel de la calle, puede contribuir al aumento de la temperatura interior de la estación considerada. Igualmente, en las estaciones de profundidad, con 22 metros de grosor de estructura y tierra separando el ambiente del andén del nivel de la calle, la temperatura de radiación del techo encima de las vías de tren no tiene ninguna influencia en la temperatura interior de la estación considerada. En el caso de Drassanes, la diferencia entre la curva de la temperatura de radiación y la curva de la temperatura interior de la estación ha sido de 3 ºC promedio. En Penitents, las dos curvas se solapan. Estas dos observaciones se hacen en el contexto de una temperatura de radiación exterior, al nivel de la calle, casi idéntica en los dos casos de interés. En un futuro estudio más amplio se propone la investigación del aporte de la temperatura de radiación de todas las superficies que envuelven el ambiente del andén de metro a la temperatura interior del andén (no solo techo, sino que también paredes y suelo). 96

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Fig. 63 Temperatura exterior (interior) de las estaciones Drassanes y Penitents versus la temperatura de radiación exterior (interior) (Fuente: elaboración propia) 98

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CAPÍTULO VI | SITUACIÓN ENERGÉTICA Y CONTAMINANTE. ANÁLISIS DE LOS CONSUMOS ENERGÉTICOS Y DE LAS EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE DE LAS ESTACIONES DE METRO DRASSANES Y PENITENTS DE LA LÍNEA 3 (VERDE) DE BARCELONA 1 / Cálculos del consumo energético anual por pasajero (MJ/cápita) y de las emisiones de CO2 (kg CO2 eq/cápita) del funcionamiento corriente de las estaciones Drassanes y Penitents 61 Los datos con los que se opera a continuación son relacionados con las tablas de los Anexos 17, 18, 19 y 20 del presente trabajo. Se trata de las tablas de las potencias instaladas de todas las instalaciones de cada estación de metro analizada. Se considera que el tiempo de funcionamiento de la mayoría de las instalaciones incluidas en la lista es de 16 horas al día (06:00 – 23:00) y de 24 horas, el sábado. Pero, para facilitar los cálculos, se trabajará solo con 16 horas de funcionamiento. También se trabaja con el dato de 0.37 kg CO2/kWh que ENDESA tiene para su energía que fornece a la red de metro de Barcelona. El número de pasajeros será de 29747 pasajeros/día en Drassanes y 7993 pasajeros/día, conforme con los datos del Anexo 4. Se obtendrán datos anuales, expresados en MJ/cápita para la energía consumida, y en kg CO2 eq/cápita para las emisiones de CO2 asociadas a la energía que “lleva encima” cada pasajero, al año, porque utiliza el metro. Esta energía, y las emisiones de CO2 asociadas, se refiere solo al funcionamiento de una estación de metro y de sus instalaciones; no se refiere a la energía utilizada por los trenes para funcionar ni a las emisiones de CO2 correspondientes, no se refiere a la energía y las emisiones de CO2 de la producción de los trenes y no se refiere a la energía y a las emisiones de CO2 de la producción de las instalaciones de la estación. DRASSANES Consumo energético 263 kWh (a 220V) + 13 kWh (a 400 V) = 393 kWh 50% x 393 kWh = 195 kWh 195 kWh x 3.6 MJ/kWh x 16 horas de funcionamiento/día = 11232 MJ/día 11232 MJ/dia : 29747 pasajeros/dia = 0.37 MJ/cápita al día 0.37 MJ/cápita al día x 365 días/año = 135 MJ/cápita (anual) Emisiones de CO2 195 kWh x 16 horas de funcionamiento/día x 0.37 kg CO2 eq/kWh 62 = 1154.4 kg CO2 eq/día 1154.4 kg CO2 eq/dia : 29747 pasajeros/día = 0.03 kg CO2 eq / cápita al día 0.03 kg CO2 eq /cápita al día x 365 días/año = 10.9 kg CO2 eq / cápita (anual) PENITENTS Consumo energético 240 kWh (a 220V) + 116 kWh (a 230 V) = 356 kWh 50% x 356 kWh = 180 kWh 180 kWh x 3.6 MJ/kWh x 16 horas de funcionamiento/día = 10368 MJ/día 10368 MJ/día : 7993 pasajeros/día = 1.3 MJ/cápita al día 1.3 MJ/cápita al día x 365 días/año = 474 MJ/cápita (anual) Emisiones de CO2 180 kWh x 16 horas de funcionamiento/día x 0.37 kg CO2 eq/kWh= 1065.6 kg CO2 eq/día 1065.6 kg CO2 eq/día : 7993 pasajeros/día = 0.13 kg CO2 eq / cápita al día 0.13 kg CO2 eq /cápita al día x 365 días/año = 47.5 kg CO2 eq / cápita (anual)

Se considera un 50% de la potencia instalada en cada estación, como consumo energético; 16 horas de funcionamiento; los datos estadísticos del número de pasajeros que pasan por cada esatción, proporcionados por Enric Vilar del Departamento de Estudios y Proyectos de TMB 62 Conforme con ENDESA www.endesaonline.com, 1 kWh energía Endesa = 0.37 kg CO2 eq 99

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Fig. 64 Emisiones de CO2 por kWh de ENDESA (Fuente: www.endesaonline.com) 2 / Cálculos del consumo energético por pasajero, en el primer año de funcionamiento, (MJ/cápita) y de las emisiones de CO2 63 (kg CO2 eq/cápita) de las obras iniciales (y reforma) de las estaciones Drassanes y Penitents A continuación se presentarán los cálculos y los resultados que tienen como fuente las tablas de los anexos 21 y 22. Estas 2 tablas contienen datos y cálculos de la energía embebida y de las emisiones de CO2 asociadas de los materiales de construcción de las 2 estaciones de metro analizadas. Se han calculado las superficies correspondientes a cada material de la tabla, se ha determinado la densidad del material, después, el peso de éste y el volumen, dependiendo si el valor de la energía incorporada y de las emisiones de CO2 se encontraban expresados por kilogramo, por metro cuadrado o por metro cúbico. Lo que interesa al final de la tabla es el valor total de las columnas “Energía total (MJ)” y “Emisiones CO2 total (kg CO2 eq)”. El número de pasajeros es el mismo que antes (Anexo 4), y los valores que interesan al final, igual que en el subcapítulo anterior, son MJ/cápita al ano para la energía embebida de los materiales, y kg CO2 eq/cápita al ano, para las emisiones de CO2 asociadas a la energía embebida de los materiales de construcción de las dos estaciones de metro analizadas. 63

Se consideran las tablas de cálculo del consumo energético y de las emisiones totales de CO2 equivalente de los materiales de construcción de la obra inicial y de la reforma, para el primer año de funcionamiento de cada estación. En las tabas no se han incluido informaciones sobre las emisiones de CO2 generadas por la producción de las instalaciones de las dos estaciones en cuestión (escaleras mecánicas, ascensores, altavoces), pero se tiene previsto rellenar las tablas en un estudio más amplio, con los datos correspondientes. 100

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DRASSANES Energía embebida total en los materiales de construcción = 62330011 MJ 29747 pasajeros/día x 365 días al año = 10857655 pasajeros/año 62330011 MJ : 10857655 pasajeros/año = 5.7 MJ/cápita (anual) Emisiones de CO2 eq totales de los materiales de contrucción = 6525602 kg CO2 eq 29747 pasajeros/día x 365 días al año = 10857655 pasajeros/año 6525602 kg CO2 eq : 10857655 pasajeros/año = 0.6 kg CO2 eq/cápita (anual) PENITENTS Energía embebida total en los materiales de construcción = 37907982 MJ 7993 pasajeros/día x 365 días al año = 2917445 pasajeros/año 37907982 MJ : 2917445 pasajeros/año = 13 MJ/cápita (anual) Emisiones de CO2 eq totales de los materiales de contrucción = 4214995 kg CO2 eq 7993 pasajeros/día x 365 días al año = 2917445 pasajeros/año 4214995 kg CO2 eq : 2917445 pasajeros/año =1.4 kg CO2 eq/cápita (anual) 3 / Cálculos del consumo energético anual por pasajero (MJ/cápita) y de las emisiones de CO2 (kg CO2 eq/cápita) para el transporte en coche privado 64 en Barcelona Energía consumida 3km/pasajero x 2.5 MJ/km x 365 días/año = 2737 MJ/ cápita (anual) Emisiones de CO2 eq 3km/pasajero x 0.3 kg CO2 eq/km x 365 días/año = 328 kg CO2 eq/cápita (anual) 4 / Explicación detallada del método de trabajo y de los cálculos En cuanto al consumo energético y a las emisiones de CO2 eq de las instalaciones de las dos estaciones, se han hecho los cálculos para el funcionamiento corriente, diario de la estación y para las obras iniciales, más la reforma. El consumo energético diario se ha estimado a 50% de la potencia instalada de todas las instalaciones que funcionan con corriente eléctrica de cada estación de metro. Las tablas de las potencias instaladas de cada equipamiento han sido proporcionadas por el Departamento de Proyectos de BT y de Instalaciones Electromecánicas de TMB. Teniendo en cuenta que las instalaciones funcionan 16 horas al día, y 24 horas el sábado por la noche, y que muchos de los equipos están encendidos durante las 16 horas de funcionamiento, puede ser fiable esta estimación de consumo energético en kWh, cuando los consumos reales no están disponibles (TMB no tiene todavia contadores de electricidad por cada estación de metro, pero tiene previsto instalar contadores en el futuro). El número de pasajeros que pasa por cada estación al día, es un dato que el Departamento de Estudios y proyectos de TMB ha proporcionado para el presente estudio. En Drassanes hay 29747 pasajeros que transitan la estación al día (laborable), mientras que en Penitents hay 7993 pasajeros al día. El consumo diario estimado se ha dividido por el número de pasajeros que pasan por cada estación al día, después el valor se ha multiplicado por los 365 días del año. Esta claro que el número de pasajeros puede variar mucho a lo largo de un año, pero, para poder hacer un estimación principial, se han utilizado estos números. Los valores que nos interesan en este caso se expresan en MJ/cápita al año. Si hay valores en kWh, se utliza la equivalencia 3.6 MJ = 1 kWh. Para estimar las emisiones de CO2 correspondientes al consumo energético anual de las dos estaciones, se mutiplica el valor total diario obtenido en kWh con 0.37 kg CO2 eq / kWh, que la corriente eléctrica proporcionada por ENDESA), 64

Se considera que todos los pasajeros que utilizan el metro para desplazarse en Barcelona, utilizarían en cambio el coche privado. Como la distancia promedio de desplazamiento en Barcelona es de 3 km por persona, se considera que estos 3 km se hacen en coche, con unas emisiones de 0.3 kg CO2 eq / km, conforme con http://celfosc.org/biblio/clima/kwhco2.htm, y con un consumo de 2.5 MJ/km, conforme con DROEGE, Peter; Urban energy transition: from fossil fuels to renewable power, Ed. Elsevier, 2008, Oxford 101

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comporta (Fig. 64). Finalmente el consumo diario, se divide por el número de pasajeros que pasan diariamente por cada estación, después el valor se mutiplica por los 365 días al año. El valor que nos interesa se expresa en kg CO2eq/cápita al año. Se puede observar que en estos cálculos no se incluye el consumo energético o las emisiones de CO2 relacionadas al funcionamiento de los trenes de metro (corriente eléctrica necesaria para desplazar el número de pasajeros tomados en cuenta por cada estación). Lo que interesa es solo el consumo de las instalaciones de cada estación de metro. Para los cálculos de consumo energético de los materiales de construcción de la obra inicial (y de la reforma) de las dos estaciones, se ha utilizado una tabla realizada para este propósito. La tabla contiene todos los materiales de construcción empleados en las obras de cada estación, y los valores correspondientes de MJ y de kg CO2 eq se han obtenido del banco de datos del Institut de Tecnología de la Construcció de Catalunya. Otros datos de densidad de han obtenido del Código Español de la Construcción. El valor total obtenido por cada estación, no incluye las emisiones de CO2 del ciclo de vida (LCA) de las instalaciones típicas de una estación de metro (escaleras mecánicas, ascensores, altavoces, cámaras de videovigilancia etc). Se tiene previsto resolver este problema en un estudio futuro más amplio, con la ayuda de programas software de cálculo especializados, como GabiPro y Simapro. El valor del consumo energético de las obras, expresado en MJ totales por cada estación, se divide al número total de pasajeros en un año que pasan por cada estacióón, y se obtiene el valor que nos interesa, expresado de nuevo en MJ/cápita. Este valor es la manera de distribuir el consumo energético para construir una estación (los materiales empleados solo) a todos los pasajeros que utilizan las dos estaciones en un año (amortizar la inversión energética). El valor total obtenido en la tabla de cálculo de las emisiones de CO2 de los materiales de construcción de las dos estaciones, se divide también por el número total de pasajeros que pasan por las dos estaciones en un año, y el valor se expresa en kg CO2 eq / cápita al año. Como curiosidad, se calculan también el consumo energético en MJ/cápita al año y las emisiones de CO2 en kg CO2 eq/cápita al año, en la situación en la cual, todos los pasajeros que pasan por las dos estaciones diariamente (29747 en Drassanes y 7993 en Penitents), irían en coche, y la distancia considerada para cada uno sería de 3km, que, según los informes de TMB, es la distancia media de los desplazamientos diarios por persona en Barcelona. El combustibe considerado es gasolina, el consumo energético correspondiente será de 2.5 MJ/km 65, y las emisiones de CO2 eq serán de 0.3 kg/km 66. 5 / Interpretación de los resultados de los cálculos. Elaboración de tablas y gráficas Al final se elabora una tabla conclusión con todos estos valores, más otros valores de MJ/cápita y kg CO2/cápita (anual) que se han encontrado en varios textos científicos. Algunos de los valores de la tabla se introducirán en dos gráficas, una para consumos energéticos (MJ/cápita al año), y la otra para emisiones de CO2 (kg CO2 eq/cápita al año). No todos los valores de la tabla se pueden utilizar en las gráficas, porque las escalas son diferentes. Se introducirán como parámetros en las graficas, solo los valores que están dentro de la misma escala que los valores obtenidos en el presente estudio. Tienen preferencia los valores que reflejan MJ/cápita y kg CO2 eq/cápita anuales, para el transporte público – metro que funciona con energía eléctrica (y no con diesel). Los otros valores de la tabla, reflejan los consumos y las emisiones del transporte privado, del transporte público (incluyendo el bus, el tram, trenes de cercanías, barcos de pasajeros); también reflejan las emisiones de CO2 por persona para todas las actividades que una persona realiza en un año (las estadísticas de IEA 67, de US Energy Information Administration 68), y las emisiones – meta que el Protocolo Internacional de Kyoto 69 y la Agenda 20‐20‐ 20 70 de la Comisión Europea establecen por persona, por año, para 2012, y para 2020 respectivamente. Esta información se presenta para tener en perspectiva una escala más amplia de la problemática abordada en el presente estudio. En la primera gráfica se presentan los consumos energéticos anuales por persona obtenidas en el presente estudio, en paralelo con otros estudios. La primera observación seria que en Penitents, el consumo energético por persona es mayor que en Drassanes (casi 3 veces mayor). Esto se puede deber al número menor de pasajeros que transitan la estación 65

DROEGE, Peter; Urban energy transition: from fossil fuels to renewable power, Ed. Elsevier, 2008, Oxford Según http://celfosc.org/biblio/clima/kwhco2.htm (accesado 25 de agosto de 2010) 67 IEA = International Energy Agency. Informe publicado en 2007 para todas las zonas del mundo. La información representa emisiones de CO2 para todos los países del mundo, entre 1990 ‐ 2006 68 US Energy Information Administration ha publicado en 2007 un informe de las emisiones de CO2 de todos los paííses del mundo entre 1990‐2006 69 El Protocolo de Kyoto, adoptado en diciembre de 1997, recomienda un descenso de 5.2% de las emisiones de CO2 relativo a las emisiones de CO2 de 1990, hasta el año 2012 70 La agenda 20 ‐ 20 ‐ 20 de la Unión Europea, adoptada en diciembre de 2008, impone un descenso de 20% de las emisiones de CO2 en Europa, relativo a las emisiones de CO2 de 1990, hasta 2010 102 66

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Penitents que Drassanes a lo largo de un año. Entonces, de todas maneras, las instalaciones tienen que funcionar siempre que haya un viajero pasando por la estación. Otra observación sería que el consumo energético de los materiales de construcción empleados en la obra (y la reforma) de las dos estaciones, es muy poco en comparación con el consumo energético anual de la estación por cada pasajero. más aún, el consumo energético de los materiales de construcción de las obras, se puede amortizar en un año, debido al gran número de viajeros en metro. En cuanto a los otros datos de la gráfica, lo que resulta más sorprendente es el valor del consumo energético por persona, proporcionado por el Informe TMB de 2008 71. En realidad, el número que el informe de TMB da es de 71 636 637 kWh consumo energético en todas las instalaciones del metro de Barcelona en 2008. Este número ha sido multiplicado por 3.6 MJ/kWh, para obtener el consumo energético en MJ, después ha sido dividido por los 376 400 000 72 viajeros anuales del metro de Barcelona. Lo mismo se ha hecho para las emisiones de CO2 asociadas al consumo energético de 71 636 637 kWh anuales. Este valor se ha mutiplicado por 0.37 kg CO2 eq/kWh 73, y después se ha dividido por el número total anual de viajeros del metro de Barcelona. Los valores obtenidos en las dos situaciones, han sido mucho menores que los valores del presente estudio (0.68 MJ/cápita estimación de TMB versus 135 MJ/cápita cálculo del presente estudio para Drassanes; 0.07 kg CO2 eq/cápita estimación de TMB versus 10.9 kg CO2 eq/cápita cálculo del presente estudio para Drassanes). Por lo tanto, más investigación es necesaria en este sentido. Los otros valores de la primera tabla resultan muy pequenos en comparación con los valores obtenidos en el presente estudio. Este hecho se puede explicar por la poca importancia del transporte público en regiones del mundo como los Estados Unidos y Canadá, por el año al cual se refieren (1995, en comparación con 2010), y desdeluego, al hecho de que se refieren solo al consumo energético de los trenes en funcionamiento, y no a las instalaciones de metro al mismo tiempo (este dato no es muy claro en el texto donde ha sido ubicado). Por el otro lado, este hecho se puede interpretar de otras 2 maneras: - se ha sobre‐evaluado el consumo energético de cada estación de metro (Drassanes y Penitents); 50% de la potencia instalada, para los 16 horas de funcionamiento, puede ser exagerado. Tal vez 25% hubiera sido un porcentaje más acertado. De todas maneras, resulta muy necesaria una auditoría energética de cada estación de metro de toda la red de metro de Barcelona; - en realidad, se consume mucha energía en las estaciones de metro de Barcelona, para hacer funcionar todo el equipo específico de una estación de metro. Comentarios relacionados a la tabla siguiente: * Informe anual 2008 de los Transportes Metropolitanos de Barcelona, Ed. TMB, 2009, Barcelona

Consumo de energia electrica en las instalaciones del metro de TMB en el año 2008 ‐ 71 636 637 kWh;

Viajeros en metro en 2008 ‐ 376 400 000; 0.37 kg CO2 eq / kWh de Endesa, el proveedor de electricidad para el metro de Barcelona

WHITMAN, Jim; Making Urban Transport Sustainable; Ed. Palgrave Macmillan, 2003, Londres

***

DROEGE, Peter; Urban energy transition: from fossil fuels to renewable power, Ed. Elsevier, 2008, Oxford

**** ***** ******

IEA = International Energy Agency. Informe publicado en 2007 para todas las zonas del mundo. La información representa emisiones de CO2 para todos los paises del mundo, entre 1990 – 2006. US Energy Information Administration ha publicado en 2007 un informe de las emisiones de CO2 de todos los paises del mundo entre 1990‐2006. El Protocolo de Kyoto, adoptado en diciembre de 1997, recomienda un descenso de 5.2% de las emisiones de CO2 relativo a las emisiones de CO2 de 1990, hasta el año 2012. La agenda 20 ‐ 20 ‐ 20 de la Unión Europea, adoptada en diciembre de 2008, impone un descenso de 20% de las emisiones de CO2 en Europa, relativo a las emisiones de CO2 de 1990, hasta 2010. “Todo” – significa la energía y las emisiones de CO2 asociadas a toda la actividad anual de una persona (residencia, transporte, estudio, trabajo, ocio)

Informe anual 2008 de los Transportes Metropolitanos de Barcelona, Ed. TMB, 2009, Barcelona (pag 96) TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona (pag 2) 73 Conforme con ENDESA www.endesaonline.com, 1 kWh energía Endesa = 0.37 kg CO2 eq 72

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Fig. 65.1 y 65.2 Consumos energéticos anuales y emisiones anuales de CO2 por cápita (Fuente: elaboración propia) 105

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8

Fig. 65.1 CASOS DE ESTUDIO DRASSANES Consumo instalaciones 2010 PENITENTS Consumo instalaciones 2010 DRASSANES Obra + Reforma 1974 (2008) PENITENTS Obra 1992 Informe anual TMB 2008 EEUU Transp. públ. Metro eléctr. 1995 Canadá Transp. públ. Metro eléctr. 1995 Europa Occidental Transp. públ. Metro eléctr. 1995 Asia Transp. públ. Metro eléctr. 1995 Fig. 65.2 CASOS DE ESTUDIO DRASSANES CO2 instalaciones 2010 PENITENTS CO2 instalaciones 2010 DRASSANES Obra + Reforma 1974 (2008) PENITENTS Obra 1992 Informe anual TMB 2008 Barcelona CO2 ‐ Transporte público 2000 Atlanta CO2 ‐ Transporte público 2000 Ho Chi Minh CO2 ‐ Transporte público 2000

MJ/cápita 135 474 5.7 13 0.68 25.3 10.6 11.6 10 kg CO2 eq/cápita 10.9 47.5 0.6 1.4 0.07 100 100 50

En cuanto a las emisiones de CO2 asociadas al consumo energético anual por viajero de las dos estaciones de metro estudiadas, la gráfica parece más equilibrada y los valores más acertados. En este caso también, las emisiones de CO2 asociadas a los materiales de construcción de obra de cada estación representan muy poco en comparación con las emisiones de CO2 del funcionamiento energético corriente, anual por viajero, de cada estación de metro. Los datos del informe TMB, como son relacionados con el cálculo anterior, mantienen la proporción en cuanto a las emisiones de CO2 asociadas al consumo energético anual por pasajero. Lo que es interesante es que los datos del libro de Peter Droege, de ciudades como Barcelona, Atlanta (EEUU) y Ho Chi Minh (Vietnam) de 2000, está dentro de la escala de los datos que el presente estudio revela. Aquí se nota que las emisiones de CO2 de los consumos energéticos de cada una de las dos estaciones analizadas, son menores en comparación con las emisiones de CO2 de todo el transporte público de las 3 ciudades, pero este dato no es muy concludente, a la hora de considerar las emisiones de CO2 para el transporte público en metro – eléctrico (no diesel). La conclusión más importante de las dos gráficas analizadas es que el consumo energético y las emisiones de CO2 eq asociadas a este consumo, para los materiales de construcción de la obra y de la reforma de las dos estaciones, es muy poco en comparación con el consumo energético y las emisiones de CO2 asociadas al funcionamiento corriente, diario, de cada estación. Para los otros datos, resulta que hace falta más investigacion, para saber exactamente si los consumos energéticos y las emisiones de CO2 asociadas de las estaciones de metro de Barcelona, reflejan una manera eficiente de uso de la energía electrica. En este sentido, el presente estudio no resulta concluydente. Otra conclusión es que en Penitents, el consumo energético anual por pasajero es mayor que en Drassanes, porque se usa basicamente la misma cantidad de energía que en Drassanes, pero el número de pasajeros es mucho menor en Penitents. También, el consumo energético y las emisiones de CO2 asociadas a los materiales de construcción de las obras de Penitents, por pasajero, en el primer año de funcionamiento, son mayores que en Drassanes, donde además se han realizado obras de reforma de la estación. La explicación de este hecho es la misma: un número menor de pasajeros que utilizan la estación Penitents, en comparación con Drassanes. En comparación con los trayectos (3 km/día por pasajero) en coche privado realizados por los mismos pasajeros que transitan las dos estaciones de metro cada día (29747 en Drassanes y 7993 en Penitents), resulta que el consumo energético y las emisiones de CO2 asociadas son mucho mayores que los consumos energéticos y las emisiones de CO2 de los mismos pasajeros si se desplazan en metro (2737 MJ/cápita al año en coche privado versus 135MJ/cápita en Drassanes y 474MJ/cápita en Penitents; 328 kg CO2 eq/cápita al año en coche privado versus 10.9kg CO2 eq/cápita en Drassanes y 47.5 kg CO2 eq/cápita en Penitents). 106

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CAPÍTULO VII | CONCLUSIONES FINALES DE LA INVESTIGACIÓN Un aspecto importante, a la hora de formular las conclusiones finales del estudio, es que una investigación parecida no se ha realizado antes para la red de metro de Barcelona. Trabajos científicos de la misma envergadura que toda la investigación aquí propuesta, incluyendo todas las situaciones de interés (térmica, acústica, lumínica, energética, contaminante y económica), no se han encontrado durante los meses de trabajo (marzo – agosto de 2010), ni en las plataformas científicas internacionales (ISI, Science Direct, Compendex), ni en libros publicados, ni en libros digitales. Lo que queda por revisar son revistas científicas, textos presentados en conferencias internacionales y grupos de investigación de las universidades técnicas y de ingeniería del mundo. Entonces, las concusiones generales de la investigación son las siguientes: - en cuanto a la situación térmica de las dos estaciones de metro consideradas, en verano, la temperatura interior, en el andén, está fuera de la zona de confort definida por el ábaco de Givoni: 21 – 26 ºC, si la temperatura exterior es mayor que 22 ºC; - según las mediciones realizadas en la semana 21 – 27 de junio de 2010, durante el dia (10:00 – 18:00), la temperatura interior de la estación Drassanes, estación de superficie, es 4 ºC superior a la temperatura exterior; en Penitents, estación de profundidad, la temperatura interior es 5 ºC mayor que a temperatura exterior. La diferencia máxima entre la temperatura exterior y la temperatura interior, durante la semana de mediciones 21 – 27 de julio de 2010, ha sido de 8 ºC en Drassanes, y 9 ºC en Penitents; - la temperatura interior de una estación de metro de superficie (Drassanes) responde más rapidamente a los cambios de la temperatura y humedad exterior; la temperatura interior de una estación de profundidad (Penitents) tarda en adaptarse a las condiciones térmicas exteriores; - la temperatura interior de una estación de superficie es mayor que la temperatura interior de una estación de profundidad, dadas las mismas condiciones térmicas exteriores (verano, altas temperaturas); - el calor / la alta temperatura acumulada dentro de una estación de metro, tarda 4‐5 horas en responder a la bajada de la temperatura exterior, por la noche (19:00 – 23:00): la temperatura interior se mantiene constantemente alta, aunque la temperatura exterior baja significativamente en el intervalo señalado; - el sistema de ventilación de las dos estaciones queda una incógnita en el presente estudio, pero se sospecha que no funciona debidamente en ninguno de los 2 casos analizados, especialmente en condiciones de verano; queda por investigar el estado de arte del sistema de ventilación de las dos estaciones de metro; - la humedad relativa interior de las dos estaciones está dentro de la zona de confort definida por el ábaco de Givoni reinterpretado: 30 – 60%, durante toda la semana de mediciones; - las máquinas de aire acondicionado situadas encima de los trenes de metro, además de ser grandes consumidores de energía eléctrica (20 kWh/vagón), participan a la subida de la temperatura interior de las estaciones de metro y de los túneles de toda la red de metro de Barcelona (al expulsar en las estaciones y en los tuneles de metro el calor del interior de los trenes de metro, más un 25% de este calor); la cuota de participación de estas máquinas de aire acondicionado a la temperatura interior de una estación de metro queda por investigar; - la temperatura interior de los vagones de metro resulta, en algunos casos, demasiado baja en comparación con la temperatura de los andenes de metro; este hecho les puede causar molestias a los viajeros en metro, al pasar de repente, de un ambiente demasiado caluroso (el andén de metro) a un medio con una temperatura 4‐5 ºC más baja (el tren de metro), y vice‐versa; - la velocidad del aire en el interior de las dos estaciones estudiadas es un parámetro que cuenta solo cuando pasa un tren por la estación (6 – 8 m/s); en el resto del tiempo, la velocidad del aire en el interior de las dos estaciones es casi nula; - la temperatura de radiación del techo de una estación de metro de superficie, si le corresponde un gran segmento exterior (calle) que recibe radiación solar directa durante gran parte del día, puede contribuir al aumento de la temperatura interior de la estación; en una estación de profundidad, este fenómeno es nulo; - en cuanto a las situaciones energética y contaminante, se puede afirmar que, en una estación de metro con poco tránsito de pasajeros, el consumo energético anual y las emisiones de CO2 asociadas, expresadas por persona, son siempre mayores que en una estación de metro con poco trásnito de pasajeros; - realizar viajes en coche privado en Barcelona, en comparación con utilizar el metro, puede ser 10 veces más consumidor de energía y 30 veces más contaminante con CO2; 107

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la inversión energética y la contaminación resultante de la construccion (reforma) de una estación de metro puede ser 20 veces menor que el consumo anual de electricidad de la misma estación; esta inversión se puede “amortizar” en el primer ano de funcionamiento de la estación de metro, especialmente si se trata de una estación muy transitada de metro; hace falta instalar contadores de energía eléctrica en todas la estaciones de metro de Barcelona, para poder saber exactamente el valor del consumo de energía anual y las emisiones de CO2 asociadas a este consumo; solo entonces se podrá hacer una estimación correcta de la situación energética y contaminante de una estación de metro de Barcelona, en comparación con otras estaciones de metro del mundo; entonces se podrá saber exactamente como y donde intervenir para disminuir el consumo de energía eléctrica. finalmente, se puede concluir que la mejor manera de ser sostenible en cuanto a una estación de metro, es tener un gran número de pasajeros al día, y convencer a más gente a pasar del coche privado al transporte público. Si el metro de Barcelona consigue ser mas confortable termicamente, más accesible, más cerca de todas las zonas residenciales y de interés, entonces atraerá más partidarios; para el metro de Barcelona se pueden hacer estudios más aprofundados de los métodos alternativos y sostenibles de enfriamiento en verano: el uso del agua subterránea, el uso de los sistemas que aumentan la conductividad de la tierra (ductos de calor), el uso de los PED (ingl. “Platform Edge Doors”) que separan el ambiente del andén del ambiente de los túneles de metro (igual que en las nuevas líneas 9 y 10 de Barcelona), aumento del potencial del “regenerative braking”, reduccón de la velocidad máxima de los trenes hasta 10‐15 m/s (36 – 54 km/h) donde sea posible, adquisición de vehículos ligeros de metro, menos aire acondicionado convencional y más ventilación (diseño de estaciones que favorezca la ventilación cruzada).

CAPÍTULO VIII | LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN Y PROPUESTAS DE CONTINUACIÓN DEL ESTUDIO Los aspectos más importantes de tener en cuenta, a la hora de continuar el presente estudio, serán: - investigar y solucionar los apartados de confort lumínico y acústico de la situación ambiental, por un lado, y la situación económica por otro lado; - extender el estudio para poder incorporar otras tipologías de estaciones de metro: estación cruce de 2 o 3 líneas de metro, estaciones de metro intermodales conectadas con trenes de larga distancia y de cercanías, estaciones terminus; - encontrar y utilizar los mejores programas software de simulación térmica para el ámbito del metro; - encontrar la mejor manera de utilizar y resolver ecuaciones de térmica en el ámbito del metro; - indagar sobre cual sería el mejor tipo de gráfica / representación del confort térmico en condiciones de transporte subterráneo de pasajeros, incluyendo especialmente los parámetros de temperatura y humedad relativa, y tal vez velocidad de viento y temperatura de radiación; - estudiar también las condiciones térmicas en la zona de taquillas y en las entradas al metro, no solo en los andenes; - medir también la humedad relativa interior dentro de los vagones de metro; - investigar el aporte de la temperatura de radiación de todas las superficies que envuelven el ambiente, del andén de metro a la temperatura interior del andén (no solo techo, sino que también paredes y suelo); - encontrar análisis de la temperatura del suelo en Barcelona a diferentes profundidades, en diferentes temporadas del año; - entrar en contacto con el personal de TMB encargado de la ventilación de la red de metro de Barcelona, para saber si se han hecho simulaciones con el programa SES, y para indagar sobre el estado de arte del sistema de ventilación (modo de funcionamiento, parámetros de ventilación, planes de mejora etc); - hacer encuestas entre los pasajeros y calcular los indices PPD y PMV; - calcular el índice RWI de ASHRAE; - estudiar el efecto del número de accesos desde el exterior y del posicionamiento de estos accesos, para facilitar el movimiento de aire en el interior de una estación de metro (facilitar la ventilación cruzada), aunque en invierno o en climas fríos, el efecto de un movimiento del aire demasiado fuerte sería contraproducente; - tener acceso a las facturas de los consumos energéticos, si estas exsitirán en el futuro; - tener acceso a las facturas de los costes de las inversiones iniciales (obras iniciales) y a lo largo del tiempo de las reformas y rehabilitaciones de las dos estaciones; 108

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- incluir el parámetro de la energía utilizada (y las emisiones de CO2 asociadas) para el funcionamiento de los trenes mismos, no solo la energía necesaria para hacer funcionar una estación (como en el caso actual); - incluir también el parámetro de la energía embebida (y las emisiones de CO2 asociadas) de las instalaciones de una estación de metro: ascensores, escaleras mecánicas, máquinas de peaje, máquinas de billetes etc y, tal vez, la energía embebida y las emisiones de CO2 asociadas a la manufacturación de los trenes de metro. 109

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BIBLIOGRAFÍA | WEBOGRAFÍA GARBUTT, Paul Elford; World Metro Systems; Ed. Middlesex Capital Transport; 1997, Harrow Weald MIRALLES GUASCH, Carme; Transport i Ciutat. Reflexió sobre la Barcelona Contemporània; Universitat Autonòma de Barcelona – Servei de Publicacions, 1997, Barcelona VALE, Peter; VALE, Brenda; Time to eat the dog. The real guide to sustainable living; Ed. Thames & Hudson, 2010, Londres FEBRÉS, Xavier; MISERACHS, Xavier; SALA, Mercé; Metro y metrópolis; TMB, 1991, Barcelona PARCERISA, Josep; RUBERT DE VENTÓS, María; Metro: galàxies metropolitanes; Escola Tècnica Superior d’Arquitectura de Barcelona, TMB, 2002, Barcelona JULIÀ SORT, Jordi; Redes metropolitanas / Metropolitan Networks; Ed. Gustavo Gil SA, 2006, Barcelona PARCERISA, Josep; RUBERT DE VENTÓS, María; GÓMEZ ORDOÑEZ, José Luis; BARRADO, Cristina; REY, Lluís; Estudis previs sobre metro i Xarxa Exprés Regional (XER) a l’àmbit metropolità de Barcelona; 1999, Barcelona WHITMAN, Jim; Making Urban Transport Sustainable; Ed. Palgrave Macmillan, 2003, Londres BALDASANO RECIO, J.M.; SUCHAROV, L.J.; Urban Transport and the Environment II; Ed. Computational Mechanics Publications, 1996, Ashurst Lodge BOYLE, Godfrey; Managing energy demand, The Open University, 2003, Milton Keynes DROEGE, Peter; Urban energy transition: from fossil fuels to renewable power, Ed. Elsevier, 2008, Oxford FEIGON, Sharon; Travel matters: Mitigating climate change with sustainable surface transportation, Transit Cooperative Research Programme 93, Transportation Research Board, 2003, Washington HANGROES, Karlson; SMITH, Michael H.; The natural advantage of nations: business opportunities, innovation and governance in the 21st century, Ed. Earthscan, 2005, Londres HIRSCHEL, Ernst – Heinrich; Numeric flow simulation III: CNRS – DFG Collaborative Research; Programme Results 2000 – 2002; Matematica Generale con il calcolatore, Ed. Springer – Verlag, 2005, Milano CARMODY, John; STERLING, Raymond; Underground space design: Part 1 Overview of subsurface space utilization, Ed. Van Nostrand Reinhold, 1993, New York AMORENA VILELLA, Félix; PIÑOL VIDAL, José; MONTAGUT CUADRAT, Salvador; Actualización y ampliación de la red de metros de Barcelona: recopilación de los estudios efectuados; Comisión Coordinadora del Transporte Urbano de Barcelona, 1971, Barcelona DE BARAÑANO, Kosme; Metro Bilbao. Ingeniería y Arquitectura; Gobierno Vasco, IMEBISA; 1998, Bilbao MIR MOREU, Mònica; SOLER TRILLO, Jacinto; El desenvolupament de Barcelona i la seva xarxa de metro (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2002, Barcelona FRIGOLA ALMAR, Jordi; JÖRGENSEN, Ole Thorson; Planning system of metro networks. Comparison between Copenhagen and Barcelona (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2006, Barcelona 110

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VIVAS I ELIAS, Pep; LÓPEZ CATALÁN, Oscar; RIBERA‐FUMAZ, Ramón; PELLICER CARDONA, Isabel; Barcelona: una ciberciudad en tránsito; Revista Arquitectura, Ciudad y Entorno, Ano 3, Num 6, 2008, Barcelona MARTÍN BERMEJO, David; MAGRINYÀ, Francesc; Comparación de tiempos de trayecto metro – a pie – bici en la zona urbana de Barcelona (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2007, Barcelona CONEJERO CÁRCELES, Antoni; Captació i modelització de viatges a estacions de metro a l’àrea de Barcelona (Tesina UPC); Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de Barcelona, 2003, Barcelona ABBASPOUR, M.; JAFARI, M.J.; MANSOURI, N.; MOATTAR, F.; NOURI, N.; ALLAHYARI, M.; (2008); Thermal comfort evaluation in Tehran Metro using Relative Warmth Index; Int. J. Environ. Sci. Tech., 5 (3), 297 – 304, 2007 SCHAFER, Andreas; VICTOR, David G.; The future mobility of the world population; Transportation Research Part A 34, 171 – 205, 2000 MATHIESEN, B.V.; LUND, H.; NØRGAARD, P.; Integrated transport and renewable energy systems; Utilities Policy 16, 107 – 116, 2008 PARSHALL, Lily; GURNEY, Kevin; HAMMER, Stephen A.; MENDOZA, Daniel; ZHOU, Yuyu; GEETHAKUMAR, Sarath; Modelling energy consumption and CO2 emissions at the urban scale: Methodological challenges and insights from the United States; Energy Policy 38, 2010 CHESTER, Mikhail V.; HORVATH, Arpad; MADANAT, Samer; Comparison of life‐cycle energy and emissions footprints of passenger transportation in metropolitan regions; Atmospheric Environment 44, 1071 – 1079, 2010 GUPTA, A.K.; Energy efficient systems in stations of Delhi Metro; www.ireeindia.org accesado el 15 de junio de 2010 HALLER, Gabriel; Thermal Comfort in Rail Vehicles; Climatic Wind Tunnel Vienna; RTA Rail Tec Arsenal, 2006, Viena LIN, Chi‐Ji; CHUAH, Yew Khoy; LIU, Chia‐Wei; A study on underground tunnel ventilation for piston effects influenced by draught relief shaft in subway system; Applied Thermal Engineering 28, 372 – 379, 2008 BARROW, H.; POPE, C.W.; Numerical prediction of irregular cyclic variation of temperature in an underground metro system; Transactions in Engineering Sciences, Vol. 5, WIT Press, 1994, Londres KRASYUC, A.M.; LUGIN, I.V.; Investigation of the dynamics of air flows generated by the disturbing action of trains in the metro; Journal of Mining Science, Vol. 43, No 6, 2007 TABARRA, Mohammad; ABI‐ZADEH, Davar; SADOKIERSKI, Stefan (Arup); Design of a modern subway ventilation system; Tunnels & Tunnelling International, 2004 ORDÓDY, Péter; Thermal Comfort in the passenger areas of the Budapest Metro; Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 44, No 2, 309 – 317, 2000 GEHRKE, P.J.; STACEY, C.H.B.; Rail tunnel temperature stratification and implications for train and tunnel ventilation design; 11th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Vol. 2, 727 – 741, 2003, Lucerna MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Evaluation of an underground railway carriage operating with a sustainable groundwater cooling system; International Journal of Refrigeration 25, 569 – 574, 2002 111

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THOMPSON, J.A.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Modeling low‐energy cooling strategies for underground railways; Applied Energy 83, 1152 – 1162, 2006 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 1: Review of thermal comfort; Applied Thermal Engineering 24, 611 – 631, 2004 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 2: Investigation of the heat load; Applied Thermal Engineering 24, 633 – 645, 2004 AMPOFO, F.; MAIDMENT, G.G.; MISSENDEN, J.F.; Underground railway environment in the UK, Part 3: Methods of delivering cool; Applied Thermal Engineering 24, 647 – 659, 2004 Programa software PMVTool. Disponible en la pagina web: http://bacweb.the‐bac.edu/~nico.kienzl/content.html FANGER, P.O.; Thermal Comfort: Analysis and Application in Environmental Engineering; McGraw – Hill, New York, 1970 PARKER, J.C.; Air‐conditioning related to passenger environment; C32/72, Railway Division Conference on Passenger Environment, IMechE, 1972 BELL, C.R.; WATTS, A.J.; Thermal Limits for industrial workers; Br. J. Ind. Med. 28, 1971 BEDFORD, T.; The warmth factor in comfort at work; Medical Research Council and Department of Scientific and Industrial Research, Industrial Health Research Board Report, no. 76, 1936 HICKISH, D.E.; Thermal sensations of workers in light industry in summer, A field study in Southern England, J. Hyg., Camb. 53 (112), 1955 BOOTH, W.B.; GALLIERS, S.D.; Quality environments for public transport buildings, BSRIA report, DETR ref.no. CI 38/6/160, ref. no. SS70180, 2001 Oakland Innovation and Information Services Ltd., 18 Cambridge Science Park, Milton Road, Cambridge, CB4 0FH, Thermal Comfort on trains, 2002 SES, Principles and Applications, second ed., Subway Environmental Design Handbook, vol.1, marzo 1976 CHOW, W.K.; Ventilation of enclosed train compartments in Hong Kong, Appl. Energy 71, 2002 CHOW, W.K.; YU, P.C.H.; Simulation on energy use for mechanical ventilation and air‐conditioning (MVAC) systems in train compartments, Energy 25, 2000 ISO 7730, Moderate thermal environments – determination of the PMV and PPD indices and specificaction of the conditions for thermal comfort, ISO, Ginebra, 1995 COCKRAM, I.J.; BIRNIE, G.R.; The ventilation of London’s underground railways; 2nd International Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, paper H2, pp. H2‐11‐H2‐26, 1976 ASHRAE; ASHRAE Standard 55‐2004. Thermal Environment conditions for human occupancy; American Society of Heating, Ventilation and Air‐Conditioning, 2004 Green Paper on the Impact of Transport on the Environment – A Community Strategy for ‘sustainable mobility’; Commission of the European Communities, 1992, Bruselas 112

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Light Rail and Metro Systems in Europe – Current market, perspectives and research implication; The European Rail Research Advisory Council, 2004, Bruselas OECD Environmental performance reviews: Spain, Vol. 18, Organisation for Economic Co‐operation and Development, 2007 World Development Report 2009: Reshaping Economic Geography, World Bank Group, 2010 Towards a resource‐efficient transport system (TERM 2009: indicators tracking transport and environment in the European Union); European Environment Agency; 2010, Copenhague Transport at Crossroads (TERM 2008: indicators tracking transport and environment in the European Union); European Environment Agency; 2009, Copenhague Climate for a transport change (TERM 2007: indicators tracking transport and environment in the European Union); European Environment Agency; 2008, Copenhague Transport and environment: on the way to a new common transport policy (TERM 2006: indicators tracking transport and environment in the European Union); European Environment Agency; 2007, Copenhague Metro de Barcelona: manual de senyalització; FGC, Direcció General de Transports, 1984, Barcelona Informe anual sobre control climático de la red de metro (1998‐1999); Departamento de Prevención de Riesgos Laborales de los Transportes Metropolitanos de Barcelona, 2000, Barcelona Informe anual 2008 de los Transportes Metropolitanos de Barcelona, Ed. TMB, 2009, Barcelona Dades bàsiques 2008 v.02; Direcció de Serveis de Mobiitat del Ajuntament de Barcelona, 2009, Barcelona TransMet Xifres – Any 2009; Autoritat del Transport Metropolità – Àrea de Barcelona; 2010, Barcelona Mobilitat més sostenible, ciutat més confortable; Sector de Serveis Urbans i Medi Ambient, Direcció d’Educació Ambiental, Ajuntament de Barcelona, 2004, Barcelona WEBOGRAFÍA www.urbanrail.com (accesado 1 de junio de 2010) www.bcnregional.com (accesado 5 de junio de 2010) www.comet‐metros.org (accesado 20 de junio de 2010) www.trenscat.com (accesado 20 de junio de 2010) www.wefer.com (accesado 21 de junio de 2010) www.atm.cat (accesado 22 de junio de 2010) www.fgc.cat (accesado 26 de junio de 2010) www.tmb.cat (accesado 26 de junio de 2010) 113

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www.bcnregional.com (accesado 26 de junio de 2010) www.gencat.cat (accesado 27 de junio de 2010) www.arup.com (accesado 29 de junio de 2010) http://library.witpress.com (accesado 29 de junio de 2010) www.blpge.com (accesado 1 de julio de 2010) http://data.centrope_guonia.cz (accesado 1 de julio de 2010) www.pp.bme.hu (accesado 1 de julio de 2010) http://eea.europa.eu (accesado 1 de julio de 2010) www.mobilitat.org (accesado 1 de julio de 2010) www.uitp.com (accesado 5 de julio de 2010) http://isiknowledge.com (accesado 5 de julio de 2010) www.sciencedirect.com (accesado 5 de julio de 2010) www.engineeringvillage.com (accesado 5 de julio de 2010) www.itec.cat (accesado 15 de agosto de 2010) www.renfe.es (accesado 17 de agosto de 2010) www.endesaonline.com (accesado 17 de agosto de 2010) http://www.windfinder.com/windstats/windstatistic_barceloneta.htm (accesado 17 de agosto de 2010) http://es.barcelona.com/tiempo_barcelona (accesado 17 de agosto de 2010) http://www.bcn.es/estadistica/castella/dades/anuari/cap01/C0102030.htm (accesado 17 de agosto de 2010) http://es.kyero.com/weather/8‐barcelona‐tiempo (accesado 17 de agosto de 2010) http://infomet.am.ub.es/clima/collse/col1006.htm (accesado 17 de agosto de 2010) http://infomet.am.ub.es/clima/eixample_dreta/bay1006.htm (accesado 17 de agosto de 2010) http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ (accesado 25 de agosto de 2010) http://celfosc.org/biblio/clima/kwhco2.htm (accesado 25 de agosto de 2010) www.codigotecnico.org/ (accesado entre 20 de junio y 20 de agosto de 2010) 114

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ANEXOS | Anexo 1 PDI 2001 – 2010 (Plan Director d’Infraestructures) del Área Metropolitana de Barcelona (Fuente: Ajuntament de Barceona) Anexo 2 Red de metro de Barcelona – Horizonte 2010 según PARCERISA, Josep; RUBERT DE VENTÓS, María; Metro: galàxies metropolitanes; Escola Tècnica Superior d’Arquitectura de Barcelona, TMB, 2002, Barcelona Anexo 3.1 Plano de la red integrada de transporte del Área Medtropolitana de Barcelona (Fuente: www.gencat.cat) Anexo 3.2 Información relacionada al plano de la red integrada de transporte del Área Medtropolitana de Barcelona (Fuente: www.gencat.cat) Anexo 4 Tablas y gráficas de las entradas y salidas de viajeros de las dos estaciones de metro de interés – Drassanes y Penitents, en un día laborable (Fuente: Datos proporcionados por el señor Enric Vilar del Departamento de Estudios y Proyectos de TMB) Anexo 5 Imágenes interiores de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona (Fuente: www.on‐a.es) Anexo 6 Imágenes interiores de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona (Fuente: fotografías propias) Anexo 7 Tabla de los artículos científicos estudiados e incluidos en la tesina; en grís, los estudios muy similares a la investigación realizada en las estaciones Drassanes y Penitents (Fuente: elaboración propia) Anexos 8 y 9 Temperatura media anual y precipitaciones medias anuales en Barcelona (Fuente: www.kyero.com) Anexo 10 Humedad relativa media anual en Barcelona (Fuente: www.bcn.com) Anexo 11 Radiación solar media anual en un plano horizontal en Barcelona (Fuente: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/) Anexo 12 Radiación solar media en el mes de junio, en un plano horizontal, en Barcelona (Fuente: http://re.jrc.ec. europa.eu/pvgis/) Anexo 13 Rosa de los vientos: Dirección y velocidad del viento, promedio, en el mes de junio, en Barcelona (Fuente: www.windfinder.com) Anexo 14 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; temperatura y humedad relativa exterior / interior y temperatura interior de los vagones de metro (Fuente: elaboración propia) Anexo 15 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; temperatura exterior / interior y temperatura de radiación exterior / interior (Fuente: elaboración propia) Anexo 16 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; velocidad del aire exterior / interior (Fuente: elaboración propia) Anexo 17 Tabla potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB ) 115

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Anexo 18 Resumen de la tabla de potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB ) Anexo 19 Tabla potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB ) Anexo 20 Resumen de la tabla de potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB ) Anexo 21 Tabla de la energía embebida y de las emisiones de CO2 eq de los materiales de construcción de la obra inicial y de reforma de la estación Drassanes (Fuente: elaboración propia) Anexo 22 Tabla de la energía embebida y de las emisiones de CO2 eq de los materiales de construcción de la obra inicial de la estación Penitents (Fuente: elaboración propia)

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Anexo 1 PDI 2001 – 2010 (Plan Director d’Infraestructures) del Área Metropolitana de Barcelona (Fuente: Ajuntament de Barceona)

Anexo 2 Red de metro de Barcelona – Horizonte 2010 según PARCERISA, Josep; RUBERT DE VENTÓS, María; Metro: galàxies metropolitanes; Escola Tècnica Superior d’Arquitectura de Barcelona, TMB, 2002, Barcelona

Anexo 3.1 Plano de la red integrada de transporte del Área Medtropolitana de Barcelona (Fuente: www.gencat.cat)

Anexo 3.2 Información relacionada al plano de la red integrada de transporte del Área Medtropolitana de Barcelona (Fuente: www.gencat.cat)

Anexo 4 Tablas y gráficas de las entradas y salidas de viajeros de las dos estaciones de metro de interés – Drassanes y Penitents, en un día laborable (Fuente: Datos proporcionados por el señor Enric Vilar del Departamento de Estudios y Proyectos de TMB)

Anexo 5 Imágenes interiores de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona (Fuente: www.on‐a.es)

Anexo 6 Imágenes interiores de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona (Fuente: fotografías propias)

Anexo 7 Tabla de los artículos científicos estudiados e incluidos en la tesina; en grís, los estudios muy similares a la investigación realizada en las estaciones Drassanes y Penitents (Fuente: elaboración propia)

Anexos 8 y 9 Temperatura media anual y precipitaciones medias anuales en Barcelona (Fuente: www.kyero.com)

Anexo 10 Humedad relativa media anual en Barcelona (Fuente: www.bcn.com) Anexo 11 Radiación solar media anual en un plano horizontal en Barcelona (Fuente: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/)

Anexo 12 Radiación solar media en el mes de junio, en un plano horizontal, en Barcelona (Fuente: http://re.jrc.ec. europa.eu/pvgis/) Anexo 13 Rosa de los vientos: Dirección y velocidad del viento, promedio, en el mes de junio, en Barcelona (Fuente: www.windfinder.com)

Anexo 14 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; temperatura y humedad relativa exterior / interior y temperatura interior de los vagones de metro (Fuente: elaboración propia)

Anexo 15 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; temperatura exterior / interior y temperatura de radiación exterior / interior (Fuente: elaboración propia)

Anexo 16 Tabla de mediciones, semana 21 – 27 de junio de 2010, estaciones Drassanes y Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; velocidad del aire exterior / interior (Fuente: elaboración propia)

Anexo 17 Tabla potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Drassanes, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB )

Anexo 19 Tabla potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB )

Anexo 20 Resumen de la tabla de potencias instaladas de las instalaciones eléctricas y mecánicas de la estación Penitents, Línea 3 (Verde) de la red de metro de Barcelona; (Fuente: Departament de Projectes de BT i Instal.lacions Electromecàniques, TMB )

Anexo 21 Tabla de la energía embebida y de las emisiones de CO2 eq de los materiales de construcción de la obra inicial y de reforma de la estación Drassanes (Fuente: elaboración propia)

Anexo 22 Tabla de la energía embebida y de las emisiones de CO2 eq de los materiales de construcción de la obra inicial de la estación Penitents (Fuente: elaboración propia)