Estudio comparativo energético de las fachadas ventiladas de junta abierta analizando el efecto de la orientación horizontal y vertical de las aberturas

Abstract

La investigación desarrollada se focaliza en analizar el comportamiento fluido-dinámico y térmico que caracteriza a las fachadas ventiladas de junta abierta, un sistema pasivo que permite actuar positivamente sobre la envolvente de los edificios mejorando su eficiencia energética. La estructura básica de una fachada ventilada está compuesta por los siguientes elementos: un cerramiento exterior opaco formado por plaquetas, un cerramiento interior en cuya cara exterior se fija el aislamiento térmico, y la cámara de aire formada entre ambos cerramientos. La disposición de las plaquetas que conforman la piel exterior del edificio permite la formación en el revestimiento de juntas abiertas en horizontal, en vertical, o en ambas orientaciones. El presente estudio surge como consecuencia del interés de cuantificar el ahorro energético obtenido con la instalación de este sistema en los edificios, y la identificación de un aspecto clave no evaluado en los estudios existentes en la bibliografía y que afecta al comportamiento del sistema. Esta carencia que define el objeto principal de la investigación, es la determinación de la influencia en el rendimiento del sistema de la localización de las juntas abiertas: en horizontal, en vertical, o en ambas orientaciones. La investigación se desarrolla considerando condiciones de viento en calma y diferentes valores de radiación solar incidente en la fachada, correspondientes a los números de Rayleigh 1x109, 9x108 y 4x108. Se diseña y construye un modelo de laboratorio simplificado de una fachada ventilada de junta abierta. El diseño del modelo se basa en las características reales de este tipo de sistemas, pero considerando las simplificaciones o limitaciones requeridas por la experimentación. El modelo construido tiene una altura de 825 mm (1/3 de la altura habitual entre huecos en las fachadas), un ancho de cámara de 45 mm, y juntas horizontales y verticales de 5 mm. El objetivo es que este modelo físico de fachada sea versátil, y permita analizar las dos configuraciones principales de la fachada ventilada de junta abierta: de junta horizontal abierta, y de junta horizontal y vertical abiertas. La evaluación experimental del comportamiento fluido-dinámico de la fachada se desarrolla mediante la optimización y el montaje de un laboratorio experimental de fluidos. Se aplica una técnica avanzada de velocimetría de imágenes de partículas denominada StereoPIV (basada en el análisis de las imágenes de un flujo), que permite determinar la velocidad del flujo en el interior de la cámara de aire ventilada. A partir de los valores instantáneos de la velocidad se calculan otras magnitudes relevantes en el comportamiento fluido-dinámico, como los campos de velocidades medio, la intensidad turbulenta, o la identificación de las principales estructuras turbulentas del flujo. En relación a la caracterización térmica experimental, se diseña e implementa la monitorización del modelo experimental del laboratorio, registrándose las temperaturas en la superficie del aplacado y las temperaturas del aire en el interior de la cavidad, además de las condiciones ambientales. La monitorización se complementa con la realización de termografías infrarrojas de las plaquetas monitorizadas, y adicionalmente de la superficie del modelo equivalente al muro interior de la fachada ventilada. Finalmente, se desarrolla un modelo tridimensional numérico (basado en técnicas de CFD) que simula el comportamiento energético de las fachadas ventiladas de junta abierta, cuya geometría, y condiciones iniciales y de contorno, se basan en la experimentación realizada. Se lleva a cabo la validación experimental del modelo numérico desarrollado, mediante el ajuste del comportamiento fluido-dinámico y térmico en las dos configuraciones de fachada ventilada de junta abierta evaluadas. Se realiza un análisis de sensibilidad del mallado, optimizándose la discretización espacial del modelo a un total de 0.8 millones celdas. Las simulaciones realizadas determinan que el modelo de radiación de ordenadas discretas (DO) y el modelo de turbulencia k-e RNG son los que mejor ajustan los valores simulados a los resultados experimentales.