Análisis numérico y experimental del comportamiento energético de sistemas constructivos complejos de fachadas para la rehabilitación de viviendas en clima mediterráneo

Abstract

Esta tesis nace motivada por la necesidad de profundizar y mejorar el conocimiento del funcionamiento energético de sistemas constructivos con comportamientos termodinámicos complejos, como la fachada ventilada con huecos de ventanas y protecciones solares, y la necesidad que ello conlleva de avanzar en el campo de la modelización y simulación energética de dichos sistemas. En la actualidad la mejora de la eficiencia energética de los edificios es una prioridad debido a la necesidad de reducir el consumo energético de forma general. Esta necesidad tiene en la arquitectura un importante frente de acción a nivel global, y de forma concreta en el contexto del área mediterránea cuyas condiciones climáticas se verán notablemente afectadas por el cambio climático y donde existe un amplio parque edificatorio obsoleto desde el punto de vista energético. Por estas razones es necesario el desarrollo de estrategias de rehabilitación de la edificación existente con el objetivo de mejorar su eficiencia energética y sus condiciones de confort, así como aplicar, en la medida de lo posible, medidas de ahorro energético en los edificios de nueva construcción. Pero para la elaboración de estrategias encaminadas a conseguir niveles lo más altos posibles de eficiencia energética tanto en acciones de rehabilitación como en obra nueva, es necesario un conocimiento preciso del funcionamiento energético de los distintos sistemas constructivos que se deseen aplicar como única vía de elaborar con rigor y garantía de éxito las estrategias necesarias. Por tanto, la profundización en el estudio del comportamiento energético de los sistemas constructivos que se consideren como elementos de las estrategias de mejora de la eficiencia energética es una prioridad. Para llevar a cabo la investigación, con objeto de profundizar en dicho estudio, es necesario contar con las herramientas de análisis y simulación energéticas adecuadas que proporcionen suficientes garantías de precisión y fiabilidad de sus resultados. En la investigación efectuada en esta tesis se aborda el desarrollo y validación de diversos modelos numéricos con el propósito de avanzar en la modelización de medidas de ahorro energético, como la fachada ventilada o como sistemas de dispositivos de sombreado tridimensionales tipo Egg-Crate, que pueden contribuir a la consecución de los fines señalados de eficiencia y ahorro energético para obtener confort interior con las importantes efectos positivos de todo tipo que ello conlleva: sociales, de salud, reducción de emisión de gases de efecto invernadero y consiguiente efecto sobre la lucha contra el cambio climático, etc... En esta tesis doctoral se postula como hipótesis principal la posibilidad de desarrollar un modelo de simulación de sistemas constructivos complejos de fachada con huecos de ventanas que permita obtener conclusiones sobre su comportamiento energético y su capacidad de reducir los flujos energéticos y las cargas asociadas para obtener confort interior. Dicha hipótesis inicial se completa con otras dos hipótesis complementarias en las que se postula la posibilidad de desarrollar modelos numéricos para la simulación del flujo de calor a través de una envolvente multicapa con condiciones de continuidad para los flujos térmicos en las fronteras entre capas y para el cálculo de la radiación solar transferida a través de dispositivos de sombreado tridimensionales para ventanas. El principal objetivo de esta tesis es, por tanto, analizar de forma empírica y numérica, mediante la toma de datos experimentales y el desarrollo de un software de simulación específico, el comportamiento energético en el clima mediterráneo de sistemas complejos de envolventes verticales, como la fachada Ventilada Opaca con ventanas para, a continuación, optimizar su utilización en la rehabilitación de viviendas. Dicho objetivo principal se complementa con el análisis dedicado a otras medidas destinadas a reducir los flujos térmicos a través de la envolvente, como el uso de sistemas SATE o dispositivos de sombreado tridimensional tipo Egg-Crate en huecos, para lo que se efectúan asimismo análisis de su comportamiento energético mediante el desarrollo de modelos de simulación numérica y campañas de monitorización.