Ahorro energético en edificios mediante el almacenamiento estructural con materiales de cambio de fase.

Abstract

El almacenamiento estructural con materiales de cambio de fase es una tecnología novedosa que contribuirá decididamente al ahorro energético de los edificios. Si se quiere alcanzar el objetivo de construir edificios de consumo casi nulo no son suficientes las estrategias basadas en el aislamiento y el control de la ventilación e infiltraciones, se debe recurrir a las energías renovables como sustento del bienestar térmico. La energía renovable es eficiente en sí misma pero no siempre está disponible cuando se requiere. La idea de almacenar energía puede permitir acercar la oferta y la demanda que por naturaleza están desfasadas. Los materiales de cambio de fase son una tecnología que puede ser competitiva en el acondicionamiento de los edificios. En el caso de España se tiene un gran potencial climático suficiente para hacer viable su uso siempre que se parta de un diseño técnicamente eficiente y que sea económicamente competitivo. En esta tesis se estudia el almacenamiento estructural de energía mediante elementos de cambio de fase, se analiza el material pero sobre todo la integración en el edificio. Se trata de poder predecir el comportamiento mediante modelos abriendo la posibilidad de la evaluación a través de indicadores. Si se pretende que el edificio se convierta en un captador, intercambiador y acumulador de energía se requiere que el proyectista tenga herramientas adecuadas para evaluar el funcionamiento de los sistemas. Las herramientas deben ser sencillas y utilizables pero sobre todo se requiere disponer de indicadores de eficiencia que permitan la toma de decisiones acertadas desde la fase de proyecto. En la tesis se propone un conjunto de estos indicadores que se evalúan a través de un modelo y se aplican al caso de fachadas ventiladas con PCM en su interior para demostrar la viabilidad del método. El estudio de integración se realiza en general sobre los distintos sistemas y subsistemas que conforman el edificio y que son susceptibles de incorporar estructuralmente el material de cambio de fase.

Structural storage with phase change materials is a novel technology that will contribute strongly to save energy in buildings. If the objective of Nearly Zero Energy Buildings is to be achieved, the strategies based on insulation and control of ventilation and infiltration are not sufficient therefore we must turn to renewable energy in order to maintain thermal comfort. Renewable energy in itself is efficient but is not always available when required. The idea of energy storage can balance supply and demand of energy that is, by its very nature, imbalanced. The use of phase change materials is a new technology which can be competitive in the reconditioning of buildings. Spain has great potential climate conditions, enough to make phase change materials viable but only if the design of the solution is technically efficient and economically competitive. This thesis studies the structural energy storage by using phase change materials, analysing the material and mostly their integration into the building. The intention is to be able to predict their behaviour through models, opening the possibility of assessment using indicators. If the objective is that the building becomes a solar collector, heat exchanger and an energy storage system, the designer needs the adequate tools to evaluate the performance of those systems. These tools should be simple and practical but above all, efficiency indicators are needed which will facilitate the correct decisions during the design stage. Some indicators are proposed in this thesis. Indicators are assessed through a model and applied to the case of ventilated facades with PCM to demonstrate the feasibility of the proposed method. The study of integration is done on the various systems and subsystems of the building which are suitable for incorporating phase change materials.