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

Aguilera Benito, Patricia (2020). Optimización del comportamiento energético y lumínico en edificios singulares de vidrio a través de modelos a escala. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Edificación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.65436.

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Title: Optimización del comportamiento energético y lumínico en edificios singulares de vidrio a través de modelos a escala
Author/s:
  • Aguilera Benito, Patricia
Contributor/s:
  • Viñas Arrebola, Carmen Matilde
  • Rodríguez Sánchez, Antonio
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Edificación (UPM)
Department: Tecnología de la Edificación
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

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. ----------ABSTRACT---------- The main motivation for the research that justifies this thesis is the energy and environmental reality that we are experiencing and specifically, the urgent need to give an answer to this problem from the building sector. Given the great potential for energy saving in the building sector, the European Union in its directives highlights the need to improve the energy efficiency of buildings and therefore the pollution it produces. Adding the obligation to build buildings with "almost zero energy", whose requirement is to have a very high energy performance. In Spain, buildings are responsible for approximately 30% of primary energy consumption. Most of this energy is related to the use of air conditioning and conditioning systems. An effective measure to reduce energy demand is to improve the envelope and have passive elements that improve the energy efficiency of buildings. For this reason the main objective of the research is to search for passive solutions that help reduce energy consumption and therefore minimize CO2 emissions from buildings. In this case buildings that have all their facades resolved with glass, as it is confirmed in the bibliography that the gaps are important elements for the analysis of energy demand. Another objective of the thesis is to verify the viability of scale models as a methodology for studying the thermal and light behavior of buildings. The methodology followed to achieve the objectives has been: on the one hand, a bibliographic search to study the different examples of glass buildings and finally select the Farnsworth house, which will serve as a reference building. Then, through previous simulations and the consulted bibliography, the passive systems to be installed have been selected in order to carry out the study of the energy efficiency of passive systems through two methods. On the one hand, through an experimental analysis, the thermal and light results obtained in the monitoring stage have been studied. And on the other hand, the computational study through simulation software, which is previously validated with the data collected in the experimental part, in order to recreate different scenarios and analyze in detail the demands and consumption of the building. Once the energy parameters have been obtained, energy savings, investment costs and CO2 emissions emitted into the atmosphere are analyzed in each of the scenarios that are proposed. The conclusion of this thesis is that these passive elements must be taken into account in the initial design of the building and must be initially analyzed and installed according to the energy parameters, proving to be adequate strategies to achieve the high energy performance required for almost energy buildings. null. In the thermal analysis it is shown that the solar control sheet provides great benefits throughout the year, however, the incorporation of the cantilever obtains good results in summer but is detrimental for the cold seasons. Regarding the light analysis, it is stated that the solar control sheet is advisable in this type of glass buildings, because it greatly reduces the illuminance inside the spaces. In addition, the use of scale models leads to a more accurate view of the parameters related to heat transfer. Being able to combine these results with computer simulations provides us with detailed data on the capacity of the air conditioning systems, energy consumption, as well as CO2 emissions.

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Item ID: 65436
DC Identifier: https://oa.upm.es/65436/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65436
DOI: 10.20868/UPM.thesis.65436
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 17 Nov 2020 07:33
Last Modified: 16 May 2021 22:30
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