Optimización del comportamiento energético y lumínico en edificios singulares de vidrio a través de modelos a escala

Resumo

La principal motivación para la investigación que justifica esta tesis es la realidad energética y ambiental que estamos viviendo y específicamente, la necesidad urgente de dar una respuesta a este problema desde el sector de la edificación. Dado el gran potencial de ahorro energético del sector de la edificación, la Unión Europea en sus directivas resalta la necesidad de mejorar la eficiencia energética de los edificios y por ende la contaminación que produce. Añadiendo la obligatoriedad de construir edificios de “energía casi nula”, cuya exigencia es tener un muy alto rendimiento energético. En España los edificios son responsables del 30% aproximadamente, del consumo de energía primaria. La mayor parte de esta energía se relaciona con la utilización de los sistemas de climatización y acondicionamiento. Una medida efectiva para reducir la demanda energética es mejorar la envolvente y disponer de elementos pasivos que consigan la mejora de la eficiencia energética de los edificios. Por ello la investigación tiene como objetivo principal la búsqueda de soluciones pasivas que ayuden a la reducción del consumo energético y por consiguiente minimizar las emisiones de CO2 de los edificios. En este caso edificios que tienen todas sus fachadas resueltas con vidrio, pues se confirma en la bibliografía, que los huecos son elementos importantes para el análisis de la demanda energética. Otro objetivo de la tesis es comprobar la viabilidad de los modelos a escala como metodología de estudio del comportamiento térmico y lumínico de los edificios. La metodología seguida para el alcance de los objetivos ha sido: por una parte, una búsqueda bibliográfica para estudiar los distintos ejemplos de edificios acristalados y finalmente seleccionar la casa Farnsworth, que servirá como edificio de referencia. Después, a través de simulaciones previas y de la bibliografía consultada, se han seleccionado los sistemas pasivos a instalar para de este modo poder realizar el estudio de la eficiencia energética de los sistemas pasivos a través de dos métodos. Por un lado, a través de un análisis experimental, se han estudiado los resultados térmicos y lumínicos obtenidos en la etapa de monitorización. Y por otro lado, el estudio computacional a través de un software de simulación, que previamente se valida con los datos recabados en la parte experimental, para poder recrear diferentes escenarios y analizar con detalle las demandas y consumos del edificio. Una vez obtenidos los parámetros energéticos, se analiza el ahorro de energía, de costes de inversión y de emisiones de CO2 emitidas a la atmosfera, en cada uno de los escenarios que se plantean. La conclusión de esta tesis es que estos elementos pasivos deben ser tenidos en cuenta en el diseño inicial del edificio y deben ser analizados inicialmente e instalados según los parámetros energéticos, demostrando ser estrategias adecuadas para lograr el alto desempeño energético requerido para los edificios de energía casi nula. En el análisis térmico se demuestra que la lámina de control solar aporta grandes beneficios a lo largo de todo el año, sin embargo, la incorporación de voladizo obtiene buenos resultados en verano pero es perjudicial para las estaciones frías. En cuanto al análisis lumínico se manifiesta que la lámina de control solar, es aconsejable en este tipo de edificaciones de vidrio, debido a que minora en gran medida la iluminancia en el interior de los espacios. Además, la utilización de modelos a escala conlleva tener una visión más exacta en los parámetros relativos a la transferencia de calor. El poder combinar estos resultados con las simulaciones computacionales, nos aportan datos detallados sobre la capacidad de los sistemas de climatización, consumos energéticos, así como emisiones de CO2.