La simulación energética como herramienta de pronóstico en la enseñanza de Arquitectura: cuantificacion de estrategias pasivas en el diseño arquitectónico de edificios residenciales en España según las diferentes zonas climáticas.

Abstract

Los edificios son los principales responsables del impacto en el medio ambiente; ya que, el impacto del sector de la construcción está vinculado con el uso de la energía. En España, el sector residencial es responsable del 25% de la demanda de energía eléctrica; debido a ello son diversas las estrategias de eficiencia energética que se llevan a cabo para disminuir el impacto ambiental en los edificios residenciales. Por tanto, en los nuevos proyectos hay que tomar decisiones desde el punto de vista de la energía en la fase del diseño; para ello, es importante que las profesiones implicadas conozcan el consumo energético de los edificios. En este sentido, las herramientas de simulación de energía (BPSTs) son un medio útil para inferir en el rendimiento energético de los edificios. Ayudan a evaluar la eficacia de las estrategias para la reducción de esta demanda, antes, durante y después. A pesar de las numerosas herramientas que existen, su uso está bastante limitado en la actualidad; tan solo algunas empresas de ingeniería en el mundo consideran relevante su uso. Los cálculos se utilizan en las etapas finales de diseño, cuando se aplican las certificaciones energéticas; es decir, los proyectos no integran esta modelización energética durante todo el proceso. Además, los profesionales de la Arquitectura no sienten que este campo sea responsabilidad suya. La mayoría de los estudios han detectado que existe una gran desconexión entre los profesionales de la Arquitectura y las BPSTs. En la presente tesis se investiga la aplicación de las BPSTs en el diseño arquitectónico. El objetivo es comprender mejor las barreras que existen y proponer soluciones para aumentar su utilización en el proceso de diseño arquitectónico; ya que, la preocupación se centra en la integración de la evaluación energética de las construcciones en la formación de los Arquitectos. Con este estudio se pretende contribuir en el avance de la necesidad de integrar la modelización energética como pronostico en el diseño de la Arquitectura. El trabajo realizado incluye una investigación teórica y dos estudios de casos; la investigación teórica abarca las disciplinas del diseño arquitectónico y la simulación energética. Se describe información y datos acerca de las normativas y de la caracterización de las tipologías edificatorias. Se revisan las herramientas de simulación de energía como medio de pronóstico; también se detalla la formación de carácter medioambiental que tienen los arquitectos; y por último, se definen algunos parámetros de interés, relacionados con las estrategias pasivas en el diseño arquitectónico, incluyendo por ejemplo, la absortancia solar. La investigación incluye una encuesta que demuestra la gran brecha que existe entre las BPSTs y los arquitectos en la actualidad. Posteriormente a través de la herramienta de simulación Design Builder, se definen tres tipologías edificatorias comunes del sector residencial en España; se estudian diferentes parámetros característicos de diseño arquitectónico y se cuantifican estas estrategias pasivas en las diferentes zonas climáticas de España. A continuación se diseñan graficas de exportación de resultados de simulación de energía que son evaluados en la realización de dos talleres como material didáctico innovador. Los resultados obtenidos en esta investigación pueden servir de apoyo para el diseño de edificios eficientes en España y para incorporar esta temática en las aulas de Arquitectura con urgencia.

Buildings are causing a great impact on the environment. The impact of buildings is related to the use of energy. In Spain, the residential sector is causing 25% of the energy demand. Various energy efficiency strategies are carried out to reduce the environmental impact caused by residential buildings. Therefore, decisions must be made in new projects from the viewpoint of energy consumption during the design phase. It is important that all the agents involved in the construction process of a building are aware of the energy consumption of buildings. In this sense, building performance simulation tools (BPSTs) allow to foresee the energy consumption of buildings. They help to assess the effectiveness of strategies to reduce this energy demand before, during, and after the construction process. However, despite the many existing tools, their use is quite limited nowadays. Only some engineering companies in the world consider the use of BPSTs relevant. The results provided by them are used during the final design stage. In other words, projects do not integrate this energy modeling throughout the entire process. Furthermore, architects and civil engineers do not feel that they are responsible of this field. Most studies have detected that there is a great usage gap of architects and civil engineers with regard to BPSTs. This thesis researches on the application of BPSTs in architectural design. The objective is to understand the existing barriers and to propose solutions in order to increase their use during the architectural design process. This concern focuses on the integration of the energy assessment of buildings during the training of architects. This study aims to contribute to the advancement of the need to incorporate energy modeling as a forecast in the design of buildings. The work accomplished includes a theoretical research and two case studies. Theoretical research includes disciplines spanning architectural design and energy simulation. Several pieces of information and relevant data about the regulations and the characterization of the building typologies are described within this research work. Energy simulation is reviewed as a tool of forecasting the energy demand. The environmental training of architects is also detailed. Finally, some parameters of interest related to passive strategies in architectural design including, for example, solar absorption, is described herein. The research covers an extensive survey to be able to confirm the great usage gap that exists between BPSTs and architects today. Furthermore, three common building typologies of the residential sector in Spain are defined using the simulation tool called Design Builder. Different characteristic parameters of architectural design are studied and these passive strategies are quantified in the different climate zones in Spain. Next, export graphs of energy simulation results are designed and evaluated in two workshops as an innovative teaching material. The results obtained in this research can be used as support for the design of efficient buildings in Spain. This topic must be incorporated to architecture syllabuses urgently.