Diseño científico ambientalsimulación energética de la arquitectura del espacio urbano.

Resum

La presente tesis busca avanzar en el campo de la eficiencia energética en el diseño arquitectónico y urbano. Los intercambios radiantes entre elementos que componen este diseño dependen de un modo inequívoco, como hemos visto, de parámetros puramente geométricos y formales, relacionados con superficies y volúmenes, que son: Su forma y su posición relativa en el espacio. La aproximación a estos parámetros geométricos de diseño puede hacerse mediante dos procedimientos fundamentales que son: - La teoría de factores de forma y factores de configuración. - La ley de proyección del ángulo sólido. Ambos conducen al mismo punto final: el cálculo del intercambio radiante de formas asociadas al diseño arquitectónico y urbano; su objetivo principal es conseguir un diseño energéticamente eficiente basado en el control formal de todos sus elementos. Nos enfrentamos a un problema formal que debe tener en cuenta las tres dimensiones en el espacio. Las dificultades surgidas en muchos procesos de integración para hallar los factores de forma y de configuración, así como en la aplicación de la ley de proyección del ángulo sólido han representado un obstáculo al avance de la ciencia en este campo. La presente tesis, titulada �Diseño científico ambiental: Simulación energética de la arquitectura del espacio urbano� tiene como objetivo, precisamente, avanzar en aquellos puntos donde la simulación energética ha encontrado mayores escollos para su avance. El catálogo de formas disponibles en arquitectura y urbanismo es muy variado. Investigaciones anteriores han dilucidado las expresiones que regulan dicho intercambio entre formas conocidas. Podemos citar, por ejemplo, como ya hemos visto, las ecuaciones 5, 6, 7, y 8, que tratan superficies rectangulares o los catálogos disponibles en manuales clásicos de transferencia radiante. Otras formas y volúmenes han representado una dificultad insalvable para muchos investigadores; nos referimos, en concreto, al cálculo de los factores de forma en volúmenes cerrados compuestos por una superficie curva reglada y otra superficie plana circular y al cálculo de los factores de configuración derivados de un emisor circular y semicircular y cualquier punto situado en un plano perpendicular al mismo. Las posibles combinaciones entre todos ellos componen un rico catálogo de formas con el que se puede calcular, de un modo accesible y sencillo, el intercambio radiante entre todas ellas. De este modo, el diseño arquitectónico y urbano se beneficia y se enriquece gracias a que conocemos multitud formas que nos permiten afrontar un diseño, conociendo de antemano las propiedades radiantes de cada una de ellas. La eficiencia energética en la arquitectura y el urbanismo es, de este modo, un problema de diseño formal al que el diseñador puede enfrentarse contando con las herramientas adecuadas. La presente tesis tiene como objetivo aportar avances científicos en el campo de la transferencia radiante, mediante la teoría de factores de forma y factores de configuración, y aplicarlos al proceso del diseño y del cálculo energético en la arquitectura y el urbanismo. En concreto, se proponen como objetivos avances en los siguientes campos. Elaborar un método de aproximación sencillo e intuitivo al cálculo radiante mediante los factores de forma. En primer lugar, se efectuará una nueva aproximación al fenómeno de la transferencia radiante intentando evitar, cuando sea posible, cálculos integrales. Para ello, se estudiarán las propiedades de algunas superficies y de los volúmenes que ellas encierran, con el objeto de llegar a calcular, del modo más sencillo posible, algunos factores de forma no conocidos hasta ahora. Esta aproximación geométrica acerca de un modo amable y sencillo el fenómeno de la transferencia radiante a arquitectos y diseñadores, visualizando de un modo claro y objetivo que las propiedades radiantes de las superficies son función de su forma y su posición relativa en el espacio. Estudiar el comportamiento radiante de formas y superficies en función del cálculo de factores de forma y configuración. Se compararán y aclararán las propiedades radiantes de varios tipos de superficies, mediante el cálculo de sus factores de forma y sus factores de configuración. Se busca dilucidar el comportamiento radiante de algunas formas que, hasta el momento y debido a la imposibilidad de abordar su cálculo numérico y/o integral, han sido desdeñadas en el diseño arquitectónico y urbano. Se pretende que estos estudios constituyan un aporte sustancial al catálogo de factores de forma existentes, proveyendo a los diseñadores de nuevas herramientas que enriquezcan la aproximación a un diseño energéticamente consciente. Aplicar al diseño de un modo general la ley de proyección del ángulo sólido. Se generalizará la ley de proyección del ángulo sólido como método de cálculo de los factores de configuración, demostrando la validez de una aproximación geométrica al intercambio radiante. Mediante la ayuda de los sistemas CAD de diseño asistido por ordenador se puede acometer esta tarea de un modo accesible, gracias a la precisión del dibujo por ordenador. La comprobación de los resultados con otros previamente conocidos gracias al cálculo integral reforzará la validez del planteamiento. Programar en lenguajes de cálculo informático los resultados obtenidos. Se programarán los resultados obtenidos en lenguajes de simulación informática para visualizar de un modo rápido los resultados obtenidos y su validez; esta aproximación metodológica, ya usada en anteriores investigaciones, ha resultado muy fructífera ya que, al igual que los sistemas CAD, permite manejar gran cantidad de datos y gráficos, evitando posibles errores de cálculo y visualizando los mismos con gran celeridad. Se usará el lenguaje Matlab ®, ampliamente difundido en el ámbito científico. Las rutinas de cálculo obtenidas pueden servir de herramienta de diseño y comprobación para todo tipo de formas presentas en el diseño arquitectónico y urbano. Mostrar la aplicación de los programas de cálculo obtenidos al diseño energéticamente eficiente en arquitectura y urbanismo. Mediante la programación informática de los resultados obtenidos se elaborarán programas que puedan ser aplicados al diseño en arquitectura y urbanismo. Con ellos, los diseñadores podrán disponer de una herramienta fiable y útil con la que afrontar un proyecto que contemple la eficiencia energética como factor determinante desde sus primeros estadios. Las aportaciones realizadas serán susceptibles de aplicación a los programas y métodos de cálculo usados para validar la adaptación de un diseño a la normativa vigente en materia de ahorro de energía. Con ello se realizará una beneficiosa aportación a futuras revisiones de las normas edificatorias.