Instrumentación y caracterización del flujo térmico de materiales con aplicación al ahorro energético en edificación

Abstract

[spa] La presente tesis se enmarca dentro de una línea de investigación multidisciplinar donde se establecen las necesidades de caracterización y modelización térmica presentes en el ámbito constructivo. La motivación principal para el desarrollo de nuevos equipos de instrumentación se centra en la mejora de agilidad tanto en la obtención de los resultados, disponiendo de medidas rápidas y a un coste más reducido que con opciones disponibles en la actualidad, como en la minimización de los requisitos impuestos para el análisis de materiales o elementos constructivos complejos, mejorando la información disponible en el campo. Se desarrollan tres instrumentos de caracterización térmica capaces de establecer valores característicos de los distintos elementos constructivos que conforman una vivienda. Dichos instrumentos se diseñan en función de su ámbito de aplicación, desde elementos centrados en aspectos de diseño y caracterización de elementos constructivos complejos; caracterización térmica de viviendas o elementos ya construidos; información para usuarios finales sobre el control térmico como elemento de mejora del confort. Instrumentos como un sistema de caja caliente que permite la obtención fiable de características de un elemento o material, utilización centrada en etapas de diseño o análisis de soluciones concretas. Un instrumento de caracterización de elementos constructivos existentes el cual de aplicación in-situ, lo que permite la obtención de valores representativos de vivienda existente, especialmente útil en el ámbito de la renovación/rehabilitación de viviendas. Así como un instrumento de información al usuario final, donde se determina el funcionamiento instantáneo de una vivienda y se informa a los usuarios de posibles actuaciones para la mejora del confort térmico enfocados a la utilización de sistemas de ventilación natural. Mediante una publicación en revista se establece la correcta aplicabilidad de los instrumentos desarrollados, realizando todos los procesos de caracterización de una vivienda desde su etapa de diseño hasta la validación de los elementos construidos. Adicionalmente en otra de las publicaciones adjuntas, se demuestran las mejoras en ahorro energético, eficiencia de material y reutilización, cuando se utilizan los instrumentos desarrollados en comparación con los valores tipo de uso en la actualidad. El objetivo principal que consigue la tesis es el avance hacia una caracterización de sistemas constructivos con un carácter dinámico, permitiendo conocer pasado, presente y futuro de las variables que determinan el comportamiento del mismo, lo cual conlleve tanto un mejor diseño de sistemas constructivos como una mejor respuesta ante necesidades de mejora en sistemas existentes.

[eng] Thesis part of a multidisciplinary line of research where the thermal properties of materials and components in the construction field are established. The main motivation for the development of new instrumentation is improving agility both in obtaining the results, having quick measures and at a lower cost than with options currently available, as well as minimizing the analysis requirements of complex materials or construction elements, improving the information available in the field. Three thermal characterization instruments are developed capable of establishing characteristic values of the different construction elements that make up a dwelling. These instruments are designed according to their scope, from elements focused on aspects of design and characterization of complex construction elements; thermal characterization of buildings or complex components; Information for end users on thermal control as an element of comfort improvement. Instruments such as a hot box system that allows the reliable obtaining of characteristics of an element or material, focused on design stages or analysis of specific compinents. An instrument of characterization of existing construction elements with in-situ application, which allows obtaining representative values of existing housing, especially useful in the field of housing renovation / rehabilitation. As well as an instrument of information to the end user, where the instantaneous operation of a house is determined and the users are informed of possible actions for the improvement of thermal comfort focused on the use of natural ventilation systems. Through a journal publication, the correct applicability of the developed instruments is established, performing all the characterization processes of a home from its design stage to the validation of the built elements. Additionally, in another paper, the improvements in energy saving, material efficiency and reuse are demonstrated, when the instruments developed are used in comparison with the current default used values. The main objective that the thesis achieves is the progress towards a dynamic characterization of constructive systems, allowing to know past, present and future of the variables that determine its behavior, which entails both a better design of constructive systems and a better response to improvement needs in existing systems.

[cat] La present tesi s'emmarca dins d'una línia d'investigació multidisciplinar on s'estableixen les necessitats de caracterització i modelització tèrmica presents en l'àmbit constructiu. La motivació principal per al desenvolupament de nous equips d'instrumentació es centra en la millora d'agilitat tant en l'obtenció dels resultats, disposant de mesures ràpides a un cost més reduït que amb opcions disponibles en l'actualitat, com en la minimització dels requisits impostos per a l'anàlisi de materials o elements constructius complexos, millorant la informació disponible al camp. Es desenvolupen tres instruments de caracterització tèrmica capaços d'establir valors característics dels diferents elements constructius que conformen un habitatge. Aquests instruments es dissenyen en funció del seu àmbit d'aplicació, des d'elements centrats en aspectes de disseny i caracterització d'elements constructius complexos; caracterització tèrmica d'habitatges o elements ja construïts; informació per a usuaris finals sobre el control tèrmic com a element de millora del confort. Instruments com un sistema de caixa calenta que permet l'obtenció fiable de característiques d'un element o material, utilització centrada en etapes de disseny o anàlisi de solucions concretes. Un instrument de caracterització d'elements constructius existents amb aplicació in-situ, el que permet l'obtenció de valors representatius d'habitatge existent, especialment útil en l'àmbit de la renovació / rehabilitació d'habitatges. Així com un instrument d'informació a l'usuari final, on es determina el funcionament instantani d'un habitatge i s'informa els usuaris de possibles actuacions per a la millora del confort tèrmic enfocats a la utilització de sistemes de ventilació natural. Mitjançant una publicació en revista s'estableix la correcta aplicabilitat dels instruments desenvolupats, realitzant tots els processos de caracterització d'un habitatge desde les etapes de disseny fins a la validació dels elements construïts. A més a en una altra de les publicacions adjuntes, es demostren les millores en estalvi energètic, eficiència de material i reutilització, quan s'utilitzen els instruments desenvolupats en comparació amb els valors tipus d'ús en l'actualitat. L'objectiu principal que aconsegueix la tesi és l'avanç cap a una caracterització de sistemes constructius amb un caràcter dinàmic, permetent conèixer passat, present i futur de les variables que determinen el comportament del mateix, la qual cosa comporta tant un millor disseny de sistemes constructius com una millor resposta davant necessitats de millora en sistemes existents.