En la ciudad de Nueva York (EEUU), aproximadamente el 66% del consumo energético está destinado a calentar, enfriar e iluminar los edificios. Pasa algo parecido en otras ciudades de Norteamérica.

Las formas de estos edificios determinan en gran parte cómo esta energía irradia el medio ambiente. En otras palabras, el perfil urbano de una ciudad es un importante factor en su huella de carbono.

Eso suscita un conjunto de preguntas interesantes. ¿Cómo varían las formas de los edificios entre una ciudad y otra, en particular en función del tamaño de la ciudad? Y, ¿podría esto dar paso a un entendimiento más generalizado de cómo cambia el consumo energético mientras crezcan o encojan las ciudades?

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Markus Schlapfer del Instituto de Santa Fe y sus compañeros, que han analizado la forma de casi cinco millones de edificios en ciudades de varios tamaños de Norte América. Dicen que existe una sencilla relación entre la altura media de los edificios y el tamaño de la ciudad, y que esto tiene unas importantes implicaciones para el modo de consumo energética de las ciudades.

Este tipo de trabajo se ha vuelto plausible porque los científicos urbanos pueden medir el tamaño de los edificios con relativa facilidad mediante técnicas como la telemetria láser. Estos datos son colocados dentro del dominio público cada vez más por las propias ciudades o por unos proyectos de fuente abierta como OpenStreetMap.

El equipo de Schlapfer simplemente descargó estas informaciones de unos cinco millones de edificios de 12 ciudades de Norte América. Estas ciudades variaban entre las más grandes, Nueva York y Los Ángeles (ambos en EEUU, con poblaciones de 20 millones y 13 millones de habitantes respectivamente), y ciudades de tamaño mediano como San Francisco y Austin (ambos en EEUU, con poblaciones de cuatro millones y dos millones respectivamente) hasta ciudades pequeñas como Ann Arbor y Santa Fe (ambos en EEUU, con poblaciones de 300.000 y 100.000 habitantes respectivamente).

El tamaño y la distribución muestran un patrón claro. El equipo de Schlapfer dice que a primera vista, los datos concuerdan con la expectación general de que la altura media de los edificios aumenta con el tamaño de la ciudad y que dentro de una ciudad, los edificios se vuelvan más altos cuanto más próximos al centro de ciudad se encuentren.

Pero un análisis más concienzudo de los datos revela algunos patrones más detallados. Para empezar, en el centro de las ciudades, la altura media de los edificios aumenta con la población por dos órdenes de magnitud. Y esto refleja un cambio en la forma de los edificios de las estructuras más grandes y planas de las ciudades más pequeñas a otras más altas y estrechas en ciudades más grandes.

El motivo de esta tendencia resulta sencillo de modelar. Mientras aumenta la población de una ciudad, el suelo se vuelve más caro. De hecho, el precio del suelo aumenta con mayor rapidez que los ingresos personales. Así que la única manera de que resulte rentable es reducir la cantidad de espacio utilizado por la gente, una tendencia que finalmente resulta en barrios marginales, o en el aumento del volumen de los edificios al hacerlo más altos.

Puesto que el suelo urbano resulta más caro en el centro de las ciudades, los edificios deberían ser más altos allí también.

En teoría, esta tendencia debería ser buena en lo que a la eficiencia energética respecta. Los edificios más altos deberían parecerse más a unos cubos y por tanto disponer de un ratio menor de superficie/volumen. Esto ayuda a hacer que los edificios sean más energéticamente eficientes. "Observamos que el tamaño de los edificios sí aumenta en función del tamaño de la ciudad, creando las condiciones para una eficiencia energética mayor en cuanto a la climatización", escribe el equipo de Schlapfer.

Hasta cierto punto. En ciudades como Nueva York y Boston, esta tendencia ha provocado la construcción de unos rascacielos mucho más altos que son menos eficientes energéticamente. "El ratio de superficie/volumen aumenta de nuevo en el núcleo del centro de grandes ciudades, debido a la proliferación de altos edificios con forma de aguja", afirman.

Sin embargo, hay un límite práctico a la altura de los edificios impuesto por el volumen de los edificios que ha de destinarse a ascensores, escaleras y así. "Muchos arquitectos consideran, como regla de oro, que con la tecnología actual un edificio más alto de unas 100 plantas no resulta económicamente viable", escribe el equipo.

Concluyen que por media, la forma de los edificios en las ciudades norteamericanas convergen en una forma del estilo cubo mientras aumente el tamaño de la ciudad - es la forma más energéticamente eficiente.

Eso debería tener unas importantes implicaciones para el consumo energético en futuras megaciudades. Por todo el mundo, las poblaciones se están convergiendo en ciudades a un ritmo que está impulsando el mayor y más rápido período de construcción urbana de la historia.

Los planificadores urbanos esperan que el tejido urbano en las ciudades en desarrollo supere todo lo que se ha construido hasta ahora. China, por ejemplo, vertió más cemento entre 2011 y 2013 que Estados Unidos durante todo el siglo XX.

Eso tendrá unas consecuencias importantes puesto que la energía consumida en estas ciudades aumentará inevitablemente.

La nueva ciencia de los perfiles urbanos debería ayudar a los científicos urbanos a entender este proceso, pero hasta qué punto podrán ayudar a mitigar las consecuencias medioambientales está menos claro.

Ref: arxiv.org/abs/1512.00946: Urban Skylines: Building Heights And Shapes As Measures Of City Size