Sistema constructivo : panel para fachada ventilada con mini aljibe, para enfriamiento evaporativo pasivo estacional

Resumen

La envolvente de la edificación es el principal elemento responsable del acondicionamiento térmico. La mejora de sus prestaciones reduce el consumo de los sistemas de climatización con repercusiones económicas y medioambientales. El horizonte normativo que apunta hacia edificios de "energía casi nula" obliga a replantear tanto las estrategias de diseño como elementos constructivos empleados anteriormente y buscar soluciones que permitan alcanzar el confort con consumos energéticos prácticamente nulos. Según el clima y el uso del edificio, la demanda de refrigeración puede igualar o superar a la de calefacción. Una de las estrategias tradicionales de refrigeración en climas cálidos y secos ha sido el enfriamiento evaporativo. Actualmente este principio sigue utilizándose, aunque la mayoría de sistemas para la generación de frío se basan en la compresión mecánica de gases nocivos para la atmósfera, con un mayor gasto eléctrico que los sistemas evaporativos. Como conclusión del análisis medioambiental se señala el problema de la "huella hídrica evaporativa" que producen tanto las superficies urbanizadas como la gestión del agua y son co-responsables del cambio climático. Asimismo se explican los beneficios que tendría el uso generalizado de los sistemas evaporativos para el balance energético de la atmósfera y el calentamiento global. En el capítulo del estado del arte se han estudiado los sistemas de envolvente que incorporan enfriamiento evaporativo tanto tradicionales como actuales, así como el tipo de ensayos realizados sobre los mismos, proponiendo la clasificación: "fluyentes" o "con acumulación" según retengan o no el agua. También se han analizado las ventajas e inconvenientes de cada sistema, concluyendo en un conjunto de características que debería de incluir un sistema ideal de fachada con enfriamiento evaporativo. Tras el análisis de la tecnología existente se pone de manifiesto que la mayoría no han sido testados en exteriores en condiciones reales, con la interacción de factores tan relevantes como la radiación solar y que no existe ningún sistema que incluya todos las características deseables. La Tesis investiga una solución constructiva de fachada ventilada que colabore en la refrigeración estacional del edificio y su entorno basado en el enfriamiento evaporativo, empleando fundamentalmente mortero de cal hidráulica. El panel propuesto se caracteriza por unos depósitos interconectados de paredes porosas en los que se produce la evaporación, protegidos de la radiación solar por unos canales verticales denominados alveolos a modo de fachada ventilada cuya hoja exterior, también de mortero de cal, presenta propiedades radiantes ideales como son una alta emisividad en el espectro infrarrojo y un albedo que refleja un gran porcentaje de la radiación solar. Estas soluciones, unidas a mecanismos basados en la adaptación de la naturaleza a climas cálidos, se combinaron en un panel que patenté en 2015. A pesar de ser un sistema pasivo, la patente presenta una gran complejidad con diferentes mecanismos que interactúan entre sí como la variación estacional de la tonalidad, la atenuación de la contaminación atmosférica, la vegetación del panel o la creación de patrones ópticos que repelen insectos, cuya demostración no era abarcable en una sola tesis doctoral. La necesidad de acotar la investigación me obligó a centrarme en el enfriamiento evaporativo, por ser el elemento fundamental del sistema de refrigeración. La tesis concluye con la fabricación de prototipos de mortero de cal, que son una simplificación de la geometría de la patente, sobre los que se demuestra la validez de las hipótesis planteadas. El panel propuesto se ha validado mediante experimentos tanto en probetas simples como en prototipos a escala real, llevados a cabo en condiciones controladas así como en exteriores en sucesivas hipótesis de funcionamiento. Se han registrado las temperaturas alcanzadas por las superficies de los prototipos, el aire en el interior y exterior de los alveolos, el agua de los depósitos, así como la tasa de descenso de su nivel por evaporación entre otros valores. El flujo energético se ha calculado tanto por la potencia frigorífica del cambio de fase del agua como por la variación de entalpía del aire en los alveolos. Para conocer el funcionamiento del panel con todas las variables que implican las condiciones reales exteriores, se ha calculado la variación de densidad del aire y el empuje en el interior de los alveolos por medio de de las relaciones psicrométricas del aire, permitiendo determinar con precisión la dirección del flujo de aire en función del tiempo. Finalmente se ha calculado la eficiencia evaporativa según los estándares formulados por otros autores. Los resultados obtenidos señalan que la hoja exterior de mortero de cal reduce enormemente la influencia de la radiación solar. El mortero de cal hidráulica armado es un material viable para la elaboración de los depósitos de los paneles evaporativos por su permeabilidad al vapor y resistencia al agua. La potencia refrigerante ha alcanzado los 479 W/m² en condiciones exteriores estivales, reduciendo la temperatura de su cara interior hasta en 14 ⁰C respecto a la del entorno. La autonomía de los depósitos es de 3 días, pero el efecto refrigerante se prolonga 3 días más gracias a la inercia térmica y el agua embebida en la estructura porosa. Los prototipos han demostrado una gran eficiencia de saturación tanto en condiciones reales estivales como en entornos controlados con una gran humedad relativa.