Las fachadas solares térmicamente activas representan, actualmente, una tendencia y línea de desarrollo en continua evolución que está suscitando un gran interés en el sector de la edificación debido a su contribución como soluciones que incorporan fuentes renovables a edificios eficientes energéticamente. El principal objetivo de la presente tesis es el de comprender y analizar las posibilidades de las fachadas solares como una alternativa viable en el ámbito de la edificación y de la eficiencia energética y, de forma explícita, proponer, cuantificar y evaluar una solución concreta que, concebida para ser una solución basada en la tecnología de paneles de fachada de acero, demuestre el potencial que tienen estas soluciones activas para ser consideradas como una propuesta fiable. Se trata, por tanto, de contribuir a ampliar el conocimiento de soluciones de fachadas solares como la planteada, para las que la información y resultados disponibles resultan ser todavía escasos e insuficientes. La caracterización y cuantificación de los factores principales, como el rendimiento o la producción solar aprovechable, son datos necesarios para que este tipo de desarrollos puedan ser considerados como soluciones contrastadas y de utilidad, a fin de que puedan ser empleadas e incorporadas en los nuevos edificios y en aquellos que se pretende rehabilitar. El desarrollo de la tesis supone una aproximación progresiva y por fases, analizando la tecnología propuesta desde su concepción más básica, contemplando los materiales y elementos fundamentales que componen la fachada solar, hasta alcanzar la aplicación del conjunto activo en un edificio real. Los pasos intermedios implican la consideración de un sistema de fachada compuesta por paneles sándwich industrializados, la combinación de estos con los componentes necesarios para resolver un circuito solar y la conexión de este sistema solar a equipos de producción de calor. Por tanto, se inicia el proceso constatando que existen actualmente propuestas para plantear fachadas solares. Se trata de conceptos y diseños que definen estos sistemas, con diferentes grados de complejidad, combinando materiales y tecnologías variadas. De esta forma, se confirma el creciente interés en soluciones basadas en la energía solar, pero también se identifica que, las soluciones con fachadas solares, aunque existen, son todavía muy testimoniales y experimentales, por lo que no cuentan todavía con un grado de madurez suficiente y apenas se encuentran soluciones comerciales disponibles en el mercado. A continuación, se plantea una solución de fachada solar que, tomando la tecnología de los paneles sándwich de acero como base, proponga una alternativa competitiva y con un alto grado de integración, pero, también, con suficiente potencial para alcanzar resultados relevantes en términos de captación solar, aprovechando las propiedades del acero en este ámbito. La siguiente fase consiste en valorar alternativas a este concepto propuesto, contemplando el efecto de los diferentes parámetros de diseño y de operación del sistema en la respuesta de este en términos de rendimiento y de producción solar. Para ello, se desarrolla un estudio paramétrico empleando un modelo fluidodinámico validado con resultados experimentales. Como conclusión se identifican los parámetros que tienen mayor impacto en cuanto a rendimiento y producción, diferenciando aquellos que se definen con el diseño del conjunto de aquellos parámetros dinámicos que, o bien vienen fijados por las condiciones ambientales, o bien pueden ser configurados al operar el sistema. Siguiendo con el desarrollo y ampliando el enfoque más allá del panel de fachada solar, el siguiente paso consiste en analizar el funcionamiento de un prototipo de fachada solar en condiciones reales de funcionamiento. Para esto se cuenta con una extensa campaña experimental de más de 18 meses, contemplando tanto el funcionamiento de la fachada solar como elemento principal, como la interacción que tiene con un sistema completo de producción de calor operado por una bomba de calor. Esto permite caracterizar la respuesta de los elementos principales del sistema y demostrar las ventajas al combinar ambos componentes, fachada solar y bomba de calor, tanto para mejorar el rendimiento de la fachada como para obtener valores de rendimiento competitivos. Asimismo, se contextualizan los resultados obtenidos en el ámbito de las soluciones para fachadas solares similares, contrastando los datos monitorizados. Para concluir, se estudia el impacto que el sistema desarrollado tiene en una aplicación de edificación. Se contemplan escenarios alternativos para valorar la contribución de la fachada solar y el conjunto en la reducción del consumo del edificio cuando se considera una rehabilitación empleando la solución tecnológica estudiada, resultando que el diseño propuesto representa una alternativa viable y competitiva a las tecnologías comparables y actualmente empleadas para la rehabilitación de edificios. La conclusión principal que se puede extraer de toda la investigación llevada a cabo es que, puesto que una única tecnología o solución no puede ser considerada como idónea para resolver todos los escenarios de edificación y situaciones de rehabilitación, resulta necesario adoptar enfoques que sean sistémicos e integrales, combinando, según el caso, diferentes y variadas tecnologías para resolver cada escenario, comprendiendo la contribución de cada elemento al conjunto. Resulta necesario, por tanto, plantear soluciones y sistemas competitivos, pero también flexibles, intercambiables y compatibles con otras tecnologías afines para que se puedan plantear diferentes combinaciones y configuraciones. En esta tesis se demuestra que la tecnología de fachadas solares basada en soluciones sándwich ligeras de acero, es una alternativa competitiva y viable que, junto con otras tecnologías, como las bombas de calor, ofrecen una contribución muy significativa para mejorar el rendimiento energético de los edificios.
| Date of Award | 2020 |
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| Original language | English |
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| Awarding Institution | - Universidad del País Vasco (UPV/EHU)
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| Supervisor | Koldo Martin Escudero (Supervisor) & José Antonio Chica Paez (Supervisor) |
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