Termodinámica del patio mediterráneo: cuantificación y aplicación al diseño de arquitecturas eco-eficientes

Abstract

El presente trabajo estudia el uso de patios mediterráneos en la arquitectura como sistemas pasivos de ahorro energético mediante el entendimiento detallado de su comportamiento termodinámico. Para ello en primer lugar, se estudia su importancia histórica en la arquitectura, proponiendo para explicar su origen y pervivencia, un enfoque que subraya las cualidades físicas y las ventajas objetivas que reportan. Se describe el estado de conocimiento que tenemos sobre su misión y funcionamiento en arquitectura. Para entender estas mejor, se establece una relación entre diferentes climas y diferentes diseños de patios históricos. Posteriormente se avanza en la descripción y comprensión de los fenómenos físicos que condicionan los comportamientos microclimáticos relacionándolos con sus características geométricas. Esto se realiza tanto a un nivel teórico con el estudio de varios diseños tipo, como a nivel experimental, con la monitorización y estudio de patios reales. Para conseguir un mejor conocimiento y uso de las características de los patios en el diseño de edificios, se desarrolla un método de cuantificación de su comportamiento termodinámico basado en la integración de simulaciones numéricas de código libre y programas de diseño arquitectónico. Finalmente, se estudia la característica percepción de ese microclima por parte del ser humano tanto en el interior de los edificios con patios como en los mismos espacios de los patios. Se mostrará de forma objetiva cómo los edificios con patios tienen más posibilidades de ofrecer confort sin aumento del consumo energético. De esta forma se ofrece una visión global que incluye herramientas conceptuales, cualitativas y cuantitativas que reivindican y facilitan el diseño de arquitecturas que incluyan patios para generar edificios energéticamente más eficientes.

The following doctoral thesis studies the way in which Mediterranean courtyards are used in architecture as passive energy saving systems, through a detailed understanding of their thermodynamic behaviour. In order to achieve this, one must first of all study the historical architectural importance of the courtyard, setting out to explain its origin and continued existence, an approach which highlights the physical qualities and objective benefits. This thesis will explain the current knowledge about its purpose and function in architecture. In order to better understand these factors, a relationship is established between different climates and different designs of historic courtyards. Subsequently, progress is made in describing and understanding the physical phenomena which determine the microclimatic behaviour of the courtyards, by establishing its relationship with the geometric characteristics. This is carried out theoretically with the study of various design types, as well as experimentally by monitoring and studying the courtyards. By combining the use of open source numerical simulations and architectural design software, a method is developed for quantifying their thermodynamic behaviour which allows us to achieve a deeper understanding and better use of the characteristics of courtyards for their use in the design of buildings. Finally, we study people’s mostly universal perception of that microclimate, both inside buildings with courtyards as well as within courtyards themselves. The work will objectively demonstrate the way in which buildings with courtyards have a better chance of offering comfort without increasing energy consumption. We demonstrate that architectural designs which include courtyards (in buildings) are more energy-efficient, all this is presented in a global study that also includes conceptual, qualitative and quantitative tools to encourage to facilitate the design of buildings with patio.