ISSN Electrónico: 2500-9338
Volumen 24-N°3
Año 2024
Págs. 130 – 137
DESARROLLO URBANO SOSTENIBLE: INTEGRACIÓN DEL
ECODISEÑO, LA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Y LA INGENIERÍA AMBIENTAL PARA CIUDADES
RESILIENTES
Mauricio Enrique Sotelo
Barrios[1]
Enlace
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6091-7473
Silvia Janeth Monsalve
Jaimes [2]
Enlace
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2555-6916
Jarol Derley Ramon Valencia[3]
Enlace ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4929-8544
Fecha
de Recepción: 4 de septiembre de 2024.
Fecha de
Aprobación: 25 de Noviembre de 2024
Resumen
Las ciudades se enfrentan a crecientes desafíos como
el cambio climático, la escasez de recursos y el rápido aumento demográfico.
Para abordar estos problemas, la integración del ecodiseño, la arquitectura
bioclimática y la ingeniería ambiental se ha convertido en una estrategia
fundamental para el desarrollo urbano sostenible.
El ecodiseño se centra en minimizar la huella
ambiental de los edificios y productos a lo largo de su ciclo de vida. Esto se
logra mediante el uso de materiales renovables, la eficiencia energética y la
conservación de recursos. La arquitectura bioclimática, por su parte, adapta
las edificaciones a las condiciones climáticas locales, lo que reduce la
necesidad de sistemas mecánicos para calefacción o refrigeración, gracias a
estrategias pasivas como la ventilación natural y los techos verdes, que pueden
reducir el consumo energético hasta es un 50%. La ingeniería ambiental
complementa estas estrategias al proporcionar soluciones técnicas eficientes
para la gestión del agua, residuos y energía, la reducción de emisiones de
carbono es un componente esencial del desarrollo urbano sostenible. El uso de
materiales renovables en el ecodiseño puede reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero hasta en un 30%. Al optimizar la gestión de recursos y
mejorar los sistemas de gestión de residuos, la ingeniería ambiental ayuda a
crear ciudades con menores emisiones y mejores preparadas para afrontar los
efectos del cambio climático.
En cuanto a la gestión del agua, los sistemas de
drenaje urbano sostenible (SUDS) reducen la escorrentía pluvial y mitigan los
riesgos de inundaciones, aumentando la capacidad de adaptación de las ciudades
ante fenómenos meteorológicos extremos. Además, la recolección de agua de
lluvia y el reciclaje de aguas grises reducen la demanda de agua en un 30%. Es
así que la eficiencia en el uso de recursos y la gestión de residuos son
aspectos cruciales. El ecodiseño, junto con evaluaciones del ciclo de vida,
fomenta la selección de materiales de bajo impacto, y la ingeniería ambiental
permite convertir los residuos en energía renovable. Esto reduce la dependencia
de los vertederos y las emisiones de gases de efecto invernadero, asegurando
que las ciudades puedan adaptarse a futuros desafíos ambientales del hombre.
Palabras clave: Diseño
sostenible, Reducción de emisiones de carbono, Eficiencia energética,
Estrategias de diseño pasivo, confort térmico.
SUSTAINABLE
URBAN DEVELOPMENT: INTEGRATION OF ECODESIGN, BIOCLIMATIC ARCHITECTURE AND
ENVIRONMENTAL ENGINEERING FOR RESILIENT CITIES
Abstract:
Cities face increasing challenges such as climate
change, resource scarcity and rapid population growth. To address these issues,
the integration of ecodesign, bioclimatic architecture and environmental
engineering has become a fundamental strategy for sustainable urban
development.
Ecodesign focuses on minimizing the environmental
footprint of buildings and products throughout their life cycle. This is
achieved through the use of renewable materials, energy efficiency and resource
conservation. Bioclimatic architecture, on the other hand, adapts buildings to
local climate conditions, reducing the need for mechanical systems for heating
or cooling, thanks to passive strategies such as natural ventilation and green
roofs, which can reduce energy consumption by up to 50%. Environmental
engineering complements these strategies by providing efficient technical
solutions for water, waste and energy management, reducing carbon emissions is
an essential component of sustainable urban development. Using renewable
materials in eco-design can reduce greenhouse gas emissions by up to 30%. By
optimising resource management and improving waste management systems,
environmental engineering helps create cities with lower emissions and better
prepared to face the effects of climate change.
In terms of water management, sustainable urban
drainage systems (SUDS) reduce stormwater runoff and mitigate flood risks,
increasing the adaptive capacity of cities to extreme weather events. In
addition, rainwater harvesting and greywater recycling reduce water demand by
30%. Thus, resource efficiency and waste management are crucial aspects.
Eco-design, together with life cycle assessments, encourages the selection of
low-impact materials, and environmental engineering enables waste to be
converted into renewable energy. This reduces reliance on landfills and
greenhouse gas emissions, ensuring that cities can adapt to future man-made
environmental challenges.
Keywords: Sustainable design, Carbon emission
reduction, Energy efficiency, Passive
1. INTRODUCCIÓN
Las áreas urbanas enfrentan presiones cada vez
mayores derivadas de desafíos ambientales, como el cambio climático, el
agotamiento de los recursos y el rápido crecimiento demográfico. Para
abordarlos, la integración del ecodiseño, la arquitectura bioclimática y la
ingeniería ambiental ha surgido como un enfoque fundamental para dar forma al
desarrollo urbano sostenible. Este artículo explora los impactos cuantitativos
de estas tres disciplinas en la resiliencia urbana, con especial atención a su
capacidad para mitigar los impactos ambientales y, al mismo tiempo, mejorar la
resiliencia urbana.
El ecodiseño se centra en minimizar la huella
ecológica de los edificios y productos a lo largo de su ciclo de vida
(McDonough y Braungart, 2002). Al priorizar los materiales renovables, la
eficiencia energética y la conservación de los recursos, el ecodiseño
contribuye a la planificación urbana sostenible. Por su parte, la arquitectura
bioclimática adapta los edificios a las condiciones climáticas locales para
reducir el consumo de energía mediante estrategias de diseño pasivo (Givoni,
1998; Olgyay, 1963). La ingeniería ambiental complementa estos enfoques al
abordar los aspectos técnicos de los sistemas urbanos de agua, residuos y
energía (Kibert, 2016). La integración de estas disciplinas es esencial para
crear ciudades resilientes que puedan adaptarse a los cambios ambientales y, al
mismo tiempo, promover el bienestar humano.
El desarrollo urbano sostenible requiere
un enfoque multifacético que integre el ecodiseño, la arquitectura bioclimática
y la ingeniería ambiental para mejorar la eficiencia energética y reducir las
emisiones de carbono. La arquitectura bioclimática, como lo demostraron Givoni
(1998) y Olgyay (1963), desempeña un papel fundamental en la reducción del
consumo de energía en los edificios,
logrando reducciones de hasta el 50% mediante estrategias de diseño pasivo.
Estas estrategias, como la ventilación natural, el sombreado solar y la
implementación de techos verdes, optimizan la interacción entre el edificio y
su entorno, minimizando la dependencia de fuentes de energía artificiales. Yang
y Zhang (2016) respaldan aún más esta afirmación al demostrar que el diseño
solar pasivo y el uso de materiales de construcción ecológicos pueden reducir
la necesidad de calefacción y refrigeración mecánicas hasta en un 40%, lo que
reduce significativamente la huella de carbono de las estructuras urbanas.
Además, los principios del ecodiseño
promueven la adopción de materiales y sistemas energéticos renovables, lo que
contribuye a reducir en un 30% las emisiones de gases de efecto invernadero a
lo largo del ciclo de vida de un edificio (McDonough y Braungart, 2002). La integración
de estas estrategias en los marcos de desarrollo urbano sostenible garantiza
que las ciudades no solo sean más resilientes a los desafíos ambientales, sino
que también contribuyan a los esfuerzos globales de reducción de las emisiones
de carbono. La ingeniería ambiental complementa estos enfoques al optimizar el
uso de los recursos y mejorar la gestión de los residuos, lo que refuerza aún
más los esfuerzos de sostenibilidad urbana. La sinergia de estas disciplinas
sustenta un futuro urbano sostenible al promover ciudades energéticamente
eficientes y con bajas emisiones de carbono, esenciales para mitigar los
impactos del cambio climático.
La gestión del agua y los sistemas de
drenaje urbano son componentes críticos del desarrollo urbano sostenible, que
requieren un enfoque integral que integre la ingeniería ambiental, el ecodiseño
y la arquitectura bioclimática. Las soluciones de ingeniería ambiental, en
particular los sistemas de drenaje urbano sostenible (SUDS), ofrecen ventajas
significativas para reducir la escorrentía de aguas pluviales y mitigar los
riesgos de inundaciones en áreas densamente pobladas. Butler y Davies (2011)
destacan la eficacia de los SUDS, señalando que estos sistemas pueden reducir
la escorrentía máxima de aguas pluviales hasta en un 40%, mejorando así la
resiliencia urbana a los fenómenos meteorológicos extremos exacerbados por el
cambio climático. Esta reducción es crucial para minimizar la presión sobre la
infraestructura de drenaje existente y prevenir las inundaciones urbanas.
Además, la incorporación de principios de
ecodiseño en la gestión del agua urbana, como el reciclaje de aguas grises y la
recolección de agua de lluvia, puede llevar a una reducción del 20-30% en la
demanda de agua urbana (Kibert, 2016). Estos sistemas no solo conservan los
recursos hídricos, sino que también reducen la presión sobre los suministros de
agua municipales, promoviendo un enfoque circular para el uso del agua dentro
de las ciudades. Zevenbergen, Veerbeek y Gersonius (2008) enfatizan además la
importancia de integrar los procesos naturales en el diseño del drenaje urbano
para aumentar la permeabilidad de las superficies urbanas, mejorando la
infiltración de agua y reduciendo la escorrentía superficial. La sinergia de
estos enfoques fortalece la resiliencia urbana, apoyando el desarrollo de
ciudades capaces de soportar tensiones ambientales y al mismo tiempo reducir su
huella ecológica.
El confort térmico y los microclimas
urbanos son consideraciones esenciales en el contexto del desarrollo urbano
sostenible, donde la integración de la arquitectura bioclimática y los
principios de ecodiseño desempeñan un papel fundamental. La optimización de las
envolventes de los edificios para responder a las condiciones climáticas
locales es una piedra angular del diseño bioclimático. Elementos como la
orientación solar, los dispositivos de sombreado y los sistemas de ventilación
natural no solo mejoran el confort térmico, sino que también reducen la
dependencia de los sistemas mecánicos de calefacción y refrigeración. Zinzi y
Agnoli (2012) afirman que la implementación de techos y fachadas verdes puede
reducir las temperaturas interiores hasta en 5 °C durante los meses pico de
verano, mitigando significativamente el efecto de isla de calor urbana (UHI),
con reducciones de hasta 2 °C en áreas urbanas. Esto es particularmente
importante en las ciudades donde la construcción densa exacerba la retención de
calor, lo que genera incomodidad y un mayor consumo de energía.
Además de los techos verdes, se ha
demostrado que el uso estratégico de materiales de masa térmica y
acristalamientos energéticamente eficientes mejora el rendimiento térmico de
los edificios, lo que contribuye a mejorar el confort térmico y a generar
ahorros sustanciales de energía. Almusaed (2011) señala que los materiales de
masa térmica ayudan a regular las temperaturas interiores al absorber calor
durante el día y liberarlo durante los períodos más fríos, estabilizando así
los climas interiores. Esto reduce la necesidad de calefacción y refrigeración
artificiales, lo que conduce a un entorno urbano más eficiente energéticamente.
Por otro lado, los microclimas urbanos se
benefician de estrategias de ecodiseño que incorporan elementos naturales como
vegetación, cuerpos de agua y superficies permeables, que mejoran aún más los
efectos de enfriamiento y favorecen una mejor regulación térmica en las
ciudades. Estas estrategias, cuando se integran en la planificación urbana y la
ingeniería ambiental, fomentan la resiliencia urbana a las temperaturas extremas
y reducen la huella de carbono asociada a los sistemas de control climático que
consumen mucha energía. La combinación de ecodiseño y arquitectura bioclimática
no solo promueve el confort térmico, sino que también desempeña un papel
fundamental en la creación de ciudades resilientes y sostenibles frente a los
desafíos del cambio climático.
La eficiencia de los recursos y la gestión
de los residuos son componentes fundamentales del desarrollo urbano sostenible,
y la integración del ecodiseño y la ingeniería ambiental ofrece un camino hacia
ciudades resilientes. Los principios del ecodiseño, respaldados por
evaluaciones del ciclo de vida (ACV), permiten cuantificar los impactos
ambientales asociados a los materiales de construcción, promoviendo así la selección
de alternativas de bajo impacto que reduzcan el consumo general de recursos.
Kibert (2016) destaca que el uso de ACV en la selección de materiales fomenta
prácticas sostenibles, minimizando el uso de energía y la degradación ambiental
a lo largo del ciclo de vida del edificio.
Además, los materiales modulares y
prefabricados desempeñan un papel fundamental en la reducción de los residuos
de la construcción. Ajayi et al. (2015) demuestran que la adopción de
estrategias de ecodiseño puede conducir a una reducción del 35% de los residuos
de la construcción, promoviendo así una economía circular mediante la
reutilización de materiales y minimizando la dependencia de los vertederos.
Este enfoque no solo contribuye a la eficiencia de los recursos, sino que también
reduce la huella ecológica de los proyectos de desarrollo urbano.
Paralelamente, las soluciones de
ingeniería ambiental, como los sistemas de conversión de residuos en energía,
ofrecen una forma innovadora de transformar los residuos urbanos en energía
renovable. Duffie y Beckman (2013) informan que la tecnología de conversión de
residuos en energía reduce significativamente las emisiones de gases de efecto
invernadero y la dependencia de los vertederos, al tiempo que proporciona una
fuente de energía alternativa para las áreas urbanas. Al integrar estos
enfoques, las ciudades pueden lograr mayores niveles de eficiencia de los
recursos, reducir la generación de residuos y crear entornos urbanos más
sostenibles capaces de adaptarse a los desafíos ambientales futuros.
La resiliencia y la adaptabilidad al
cambio climático son fundamentales en el contexto del desarrollo urbano
sostenible. La integración del ecodiseño, la arquitectura bioclimática y la
ingeniería ambiental ofrece soluciones sólidas para mejorar la resiliencia
urbana. Según Chelleri et al. (2015), la resiliencia urbana se refiere a la
capacidad de una ciudad para adaptarse y recuperarse de los impactos
ambientales, incluidos los fenómenos meteorológicos extremos, la escasez de
recursos y el aumento de las temperaturas. La sinergia entre estas disciplinas
proporciona a las ciudades las herramientas no solo para resistir sino también
para adaptarse a los impactos del cambio climático.
La arquitectura bioclimática desempeña un
papel importante en este proceso, ya que optimiza el diseño de los edificios
para la regulación térmica pasiva. Los edificios diseñados para la
refrigeración pasiva, mediante estrategias como la ventilación natural, la
protección solar y la masa térmica, pueden reducir significativamente el riesgo
de sobrecalentamiento durante las olas de calor cada vez más frecuentes. Zinzi
y Agnoli (2012) descubrieron que los tejados y las fachadas verdes pueden
reducir las temperaturas interiores hasta 5 °C durante los meses pico del verano,
mitigando el efecto de isla de calor urbana y mejorando el confort térmico de
los residentes urbanos.
Además, la infraestructura ecodiseñada,
que incorpora espacios verdes, superficies permeables y sistemas de retención
de agua, mejora la adaptabilidad de las ciudades a fenómenos relacionados con
el clima, como las inundaciones. Smith (2012) demuestra que la infraestructura
verde urbana puede absorber hasta el 60% de las precipitaciones, reduciendo así
la escorrentía superficial y la probabilidad de inundaciones urbanas durante
episodios de lluvias intensas. Esta integración de los sistemas naturales
dentro del tejido urbano no solo favorece la resiliencia a los fenómenos
climáticos extremos, sino que también fomenta la biodiversidad y mejora la
calidad del aire.
La ingeniería ambiental fortalece aún más
este marco al ofrecer soluciones tecnológicas que optimizan el uso de los
recursos, gestionan los residuos de manera eficiente y promueven las fuentes de
energía renovables. Juntas, estas disciplinas contribuyen a un enfoque
holístico que mejora tanto la resiliencia como la adaptabilidad de las ciudades
frente al cambio climático, asegurando un futuro urbano sostenible.
La
revisión sistemática de la literatura destacó varios beneficios cuantificables
de la integración del ecodiseño, la arquitectura bioclimática y la ingeniería
ambiental en el contexto del desarrollo urbano sostenible. Uno de los hallazgos
más significativos se relaciona con el impacto de estos enfoques en la
eficiencia de los recursos, el ahorro de energía y la resiliencia urbana. Ajayi
et al. (2015) demostraron que la adopción de estrategias de ecodiseño, en
particular materiales modulares y prefabricados, puede reducir los desechos de
la construcción hasta en un 35%. Esto no solo contribuye a una economía más
circular, sino que también reduce la carga ambiental de la expansión urbana.
Se
ha demostrado que la arquitectura bioclimática mejora significativamente el
confort térmico y la eficiencia energética. Almusaed (2011) y Givoni (1998)
destacaron la importancia del diseño solar pasivo y la ventilación natural, que
pueden reducir las temperaturas interiores en 5 °C durante los meses pico de
verano. Esto conduce a una reducción correspondiente en la necesidad de
sistemas de refrigeración mecánicos, lo que se traduce en un ahorro de energía
de hasta un 40%, como destacan Yang y Zhang (2016). Además, los techos y
fachadas verdes, como estudiaron Zinzi y Agnoli (2012), pueden mitigar el
efecto de isla de calor urbana (UHI), reduciendo las temperaturas urbanas en 2
°C y mejorando el confort térmico general de los habitantes de las ciudades.
En
cuanto a la gestión del agua, Butler y Davies (2011) informaron que los
sistemas de drenaje urbano sostenible (SUDS, por sus siglas en inglés) pueden
reducir la escorrentía máxima de aguas pluviales hasta en un 40%, disminuyendo
así el riesgo de inundaciones urbanas durante fenómenos meteorológicos
extremos. Estos sistemas, cuando se integran con el ecodiseño y la
infraestructura verde, mejoran la resiliencia de las ciudades a los impactos
del cambio climático.
Foster,
Lowe y Winkelman (2011) también observaron que la infraestructura verde, como
las superficies permeables y los espacios verdes urbanos, puede absorber hasta
el 60% de las aguas pluviales, reduciendo aún más la carga sobre los sistemas
de drenaje tradicionales y mejorando la resiliencia urbana a las inundaciones;
por tal motivo la integración de la ingeniería ambiental en la gestión de
residuos y energía ofrece beneficios adicionales. Duffie y Beckman (2013)
informaron que los sistemas de conversión de residuos en energía tienen el
potencial de reducir la dependencia de los vertederos y las emisiones de gases
de efecto invernadero al convertir los residuos en una fuente de energía
renovable. Esto complementa el modelo de economía circular y respalda los
objetivos de sostenibilidad de las ciudades al reducir su huella de carbono.
5.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La integración del ecodiseño, la arquitectura
bioclimática y la ingeniería ambiental presenta numerosos beneficios para el
desarrollo urbano sostenible, en particular en el contexto de la resiliencia
urbana. Los datos cuantitativos de la revisión bibliográfica indican
importantes ahorros de energía, reducciones en las emisiones de gases de efecto
invernadero, mejoras en la gestión del agua y un mayor confort térmico, todo lo
cual contribuye a la sostenibilidad general de las ciudades.
Sin embargo, aún quedan varios desafíos para
implementar estos enfoques integrados. Los altos costos iniciales de las
tecnologías sostenibles y la falta de colaboración interdisciplinaria entre
arquitectos, ingenieros y planificadores urbanos son barreras importantes
(Foster, Lowe y Winkelman, 2011). Si bien el ecodiseño y la arquitectura
bioclimática han ganado terreno en los últimos años, la adopción de soluciones
de ingeniería ambiental como los SUDS y los sistemas de energía renovable ha
sido más lenta, en particular en los países en desarrollo donde las
limitaciones financieras limitan su implementación (Wijesooriya y Brambilla,
2021). Además, el éxito de estas estrategias integradas depende del desarrollo
de políticas de apoyo y marcos regulatorios que fomenten la adopción de
prácticas de diseño e ingeniería sostenibles (Smith, 2012).Las futuras
investigaciones deberían centrarse en el desarrollo de soluciones rentables
para integrar el ecodiseño, la arquitectura bioclimática y la ingeniería
ambiental en el desarrollo urbano. Además, se necesitan más estudios de casos
para evaluar los beneficios y los desafíos a largo plazo de estos enfoques, en
particular en diversos contextos climáticos y socioeconómicos. Los responsables
de las políticas también deberían considerar la posibilidad de crear incentivos
para que los desarrolladores y los planificadores urbanos adopten tecnologías
sostenibles y principios de diseño que mejoren la resiliencia urbana.
Es así como, en conclusión, se puede argumentar que
el desarrollo urbano sostenible es fundamental para abordar los desafíos
ambientales, sociales y económicos que plantean la rápida urbanización y el
cambio climático. La integración del ecodiseño, la arquitectura bioclimática y
la ingeniería ambiental ofrece un marco integral para crear ciudades
resilientes, energéticamente eficientes y conscientes de los recursos. Los
principios del ecodiseño priorizan el uso eficiente de los recursos a lo largo
del ciclo de vida de los proyectos urbanos, minimizando la generación de
residuos y el impacto ambiental. Este enfoque se alinea con los objetivos de la
economía circular, promoviendo la sostenibilidad tanto en la construcción como
en la gestión urbana.Ahora bien, la arquitectura bioclimática mejora el confort
térmico y reduce la demanda energética de los edificios urbanos aprovechando
estrategias de diseño pasivo que se adaptan a las condiciones climáticas
locales. Al optimizar la orientación solar, la ventilación natural y la
incorporación de infraestructura verde, como techos y fachadas verdes, las
ciudades pueden reducir el consumo de energía, disminuir las emisiones de gases
de efecto invernadero y mitigar el efecto de isla de calor urbano. Estas
estrategias bioclimáticas no solo mejoran la calidad de vida de los residentes
urbanos, sino que también contribuyen a la resiliencia general de las ciudades
frente a fenómenos meteorológicos extremos y al aumento de las temperaturas.
Por último, la ingeniería ambiental complementa aún
más estos esfuerzos al ofrecer soluciones avanzadas para la gestión del agua,
la reducción de residuos y la eficiencia energética. La integración de sistemas
de drenaje sostenibles, tecnologías de conversión de residuos en energía y
fuentes de energía renovables permite a las ciudades reducir su huella
ecológica y gestionar los recursos de manera más eficaz. Juntas, estas
disciplinas fomentan entornos urbanos adaptables al cambio climático,
eficientes en el uso de los recursos y capaces de sustentar a las generaciones
futuras. El desarrollo urbano sostenible no es simplemente una necesidad
ambiental, sino un enfoque estratégico para garantizar la viabilidad y la
habitabilidad a largo plazo de las ciudades de todo el mundo.
Ajayi, S. O., Oyedele, L.
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[1] Doctor En
Administración, (Universidad De Simon Bolivar), Colombia; Universidad De
Pamplona, Docente Investigador (Colombia), Contacto: mauricio.sotelo@unipamplona.edu.co
[2] Maestria en
Arquitectura Bioclimatica, (Isthmus), Panama; Universidad De Pamplona, Docente
Investigador (Colombia), Contacto: silvia.monsalve@unipanmplona.edu..co
[3] Doctor en
Ingeniería Ambiental, (Universidad Del País Vasco), España; Universidad De
Pamplona, Docente Investigador (Colombia), Contacto: JAROL.RAMON@UNIPAMPLONA.EDU.CO