[en] Buildings are considered to be one of the primary contributors to the socioeconomic development of a country. However, they use a large portion of energy and available natural resources. With the industrialization leading to an increase in urban population, the number of urban buildings which has major effects on energy consumption, has significantly increased. Even with the implementation of energy efficient policies, energy consumption in buildings has regularly grown over the last decades affecting the building's operating cost. For this reason, the construction industry seeks to create a model of sustainable development in buildings which has low environmental impact and high economic and social gains. Currently, most of the world population is gathered in buildings mainly placed in urban areas. Unfortunately, a big part of these buildings are badly constructed without or with unsuitable insulation on the building envelope, and without any heating system. After some decades in use, these buildings suffer from an unacceptable interior living environment due to the unappropriated building envelope solution. This practice causes energy losses through the façades and roofs while producing low interior comfort inside the building, as well as health problems to the occupants. Therefore, nowadays the building industry is concerned with designing new construction solutions with novel components and geometries which are able to face the current energy inefficiency in buildings. The TCP is a novel energy efficient building envelope construction solution which is capable of channeling the sunlight through the opaque part of the walls. Its versatility is based on its capacity for concentrating and scattering daylight into the building's interior while achieving energy savings, i.e. reducing dependence on artificial lighting and also improving the occupant's interior comfort. The complexity of this novel construction solution comes from the physical behavior and geometry of its components, i.e. the Compound Parabolic Concentrator (CPC) and the Optical Fiber (OF). Currently, there is no software in the market that can simulate the daylight transmission of the CPCs and the OFs. In addition, there are no daylight metrics able to properly assess the daylight performance of the TCP. In this sense, this research considered this TCP innovative to give answers to the aforementioned problems. In fact, the building case study shows how is possible to energy retrofit existing façades and roofs while improving the interior living environment and also reducing the energy consumption of the heating and/or cooling systems. This confirm the need to urge the construction industry to design and develop novel energy efficient construction solutions, e.g. Translucent Concrete Panel (TCP). The TCP has the capability of daylight permeability in an anidolic way through the opaque parts of the exterior façades and roofs. Due to the nature of traditional building materials blocking the passage of natural light, there is a constant requirement of artificial lighting into the building, even during daytime. On the other side, some of the most commonly used daylight metrics are not precise enough in order to assess the daylight performance of the prototype. For this reason, the research has designed new daylight tests adapted to the TCP daylight features in order to evaluate its daylight performance. In fact, this is the first required step for future research lines that will be based on computer simulations that to rapidly assess influential parameters of the novel building envelope in several building sub-systems and systems.

[es] Los edificios son considerados los primeros contribuyentes al desarrollo socioeconómico de un país. No obstante, utilizan una gran cantidad de la energía y de recursos naturales disponibles. Con la industrialización tuvo lugar un importante incremento de la población urbana y este hecho provocó un aumento del número de edificios urbanos, los cuales provocaron un mayor incremento del consumo energético. A pesar de que se han implementado políticas de eficiencia energética, el consumo energético ha seguido aumentando durante las últimas décadas y ha afectado al gasto operacional del edificio. Por este motivo, la industria de la construcción busca crear modelos de desarrollo sostenible en edificios que tengan un bajo impacto medioambiental, y un alto impacto económico y beneficios sociales. Esto requiere la adopción de un sistema integrado que cubra un número de características, así como reducción energética, mejora del uso de los materiales, incluyendo el agua, reutilización y reciclaje de materiales, y emisiones de control. Más que nunca, a día de hoy, hay una creciente preocupación por el agotamiento de los recursos naturales. Por tanto, desarrollo e implementación de nuevas tecnologías de energía renovable resultan tan importantes y necesarias para la sociedad. Desde que la tierra recibe constantemente radiación solar, la cual es una fuente de energía gratuita, limpia y abundante, el uso de la energía solar en edificios está ganando fuerza. A día de hoy, con las nuevas tecnologías, la luz solar puede ser empleada para una amplia variedad de usos, así como generadora de electricidad, luz interior natural, calentadora de agua, entre otras utilidades. Actualmente, los nuevos edificios acostumbran a integrar sistemas solares dentro de la parte exterior de la envolvente del edificio, los cuales pueden captar gran cantidad de energía solar. Además, los humanos hemos evolucionado bajo la influencia de la luz solar y el ciclo luz-oscuridad. Este hecho ha permitido el desarrollo de una variedad de ventajas psicológicas que afectan al carácter y a la salud de las personas, así como a una menor ausencia del lugar de trabajo y una alta productividad. Tras la aparición de la luz eléctrica, la gente comenzó a pasar más tiempo dentro de los edificios. Consecuentemente, el confort térmico resultó un factor significativo para los humanos en vistas a poder desarrollar una actividad dentro del edificio. Así pues, vemos que una mejora en la eficiencia energética de los edificios contribuye al confort interior y a la salud de los ocupantes. Por este motivo, últimamente, fachadas y cubiertas multifuncionales están ganando la atención del mercado de la construcción debido a su versatilidad en el ahorro de energía y en la mejora del confort interior del edificio. La presente investigación cubre las cuestiones comentadas con anterioridad referentes a la mejora de la eficiencia energética de los edificios, y así obtener una reducción en el consumo energético mediante tecnologías innovadoras que utilizan fuentes de energía solar para crear un ambiente interior confortable. Por este motivo, la presente Tesis está dividida en dos líneas de trabajo. La primera línea de investigación describe e ilustra los problemas constructivos más habituales durante el ciclo de vida de las fachadas y cubiertas de los edificios construidos con una solución constructiva de bajo rendimiento energético. De tal manera, se ha estudiado un caso real en donde se ha rehabilitado energéticamente la envolvente exterior de un edificio plurifamiliar de vivienda social. Este trabajo tiene la intención de ser utilizado como una herramienta para entender la complejidad y los requisitos de la envolvente exterior del edificio en temas de eficiencia energética, junto al confort interior de los ocupantes. A través del caso real estudiado, se han observado mejoras significativas en el ahorro energético después de la rehabilitación energética de las fachadas y cubierta, dando lugar a un aumento del confort térmico interior. El resultado demuestra la necesidad de incitar a la industria de la construcción para que sea capaz de diseñar y desarrollar nuevas envolventes exteriores energéticamente eficientes, tanto en el caso de nuevas construcciones como en el de edificios rehabilitados. Una de las soluciones noveles es el caso del Panel de Hormigón Translucido (Translucent Concrete Panel – TCP). El TCP presenta una nueva alternativa pasiva capaz de reducir el consumo energético del edificio, con la optimización de la entrada de luz solar natural dentro del mismo, a través de la tradicional parte opaca de las paredes exteriores de fachada y cubierta, permitiendo así la permeabilidad de la luz solar a través de las paredes y mejorando el confort térmico y lumínico interior. Basada en los resultados obtenidos en la primera línea de investigación, la segunda línea solamente estudia y analiza el comportamiento de la luz del TCP. Durante las últimas décadas, ciencia e industria han creado diferentes sistemas lumínicos activos y pasivos los cuales intentan proveer soluciones para reducir y aligerar la ineficiencia energética de los edificios. El TCP está considerado como una nueva tecnología constructiva energéticamente eficiente diseñada para envolventes exteriores, y que tiene la propiedad de resolver la carga energética de la parte opaca de las paredes permitiendo así la entrada de luz natural. No obstante, actualmente el comportamiento de la luz de los TCPs no se puede simular por ordenador debido a que no hay ningún software en el mercado que pueda simular y analizar las propiedades de transmisión de luz de los dos componentes principales del TCP que son Concentrador Solar (Compound Parabolic Concentrator – CPC) y la Fibra Óptica (Optical Fiber – OF). Por tanto, los nuevos estudios experimentales han tenido que ser diseñados siguiendo procedimientos teóricos. Los test tuvieron lugar en el exterior bajo condiciones reales de cielo y de esta manera en un futuro poder crear y validar programas los cuales permiten una fácil adopción del TCP por parte de la industria. No obstante, todos los test se dividieron en dos categorías. El primero buscaba demostrar y confirmar que el TCP, con un diseño apropiado de sus componentes y orientación, puede distribuir la luz natural dentro del edificio durante las horas solares. Diferentes paneles de TCP, con diferentes diámetros y ratios de OFs, fueron ensayados en el exterior junto con paneles con CPCs de diferentes geometrías. Dado que los primeros resultados fueron óptimos, se pudo dirigir la investigación a un segundo nivel, principalmente centrado en la mejora de la cantidad de luz solar capturada con los CPCs y la cantidad de luz distribuida con las OFs dentro del edificio. Con este objetivo, la presente investigación propuso modificar geométricamente los extremos de las OFs con diferentes geometrías, y así analizarlas independientemente y alinearlas con CPCs de diferentes geometrías. Este ha sido un punto importante del estudio, debido a que los extremos modificados de las OFs son capaces de mejorar la entrada de luz natural en el interior del edificio. Por otro lado, existe una gran diferencia entre los diferentes sistemas métricos utilizados por los profesionales para evaluar las propiedades de la luz dentro de un espacio. Por este motivo, todos los ensayos fueron diseñados siguiendo los objetivos de la investigación. No obstante, la presente Tesis decidió diseñar y construir un Pequeño Portable Banco de Pruebas (Small Portable Test Bed – SPTB) para ser utilizado en el exterior, el cual tiene un sistema integrado de control de sensores sin cables y que activamente responden a los cambios exteriores climáticos durante los ensayos. El SPTB es una especie de cubo que pretende simular la envolvente exterior del edificio con cuatro fachadas y cubierta. Este diseño específico permite analizar a la vez las fachadas bajo las cuatro orientaciones junto con la cubierta. De hecho, el SPTB fue concebido como una herramienta versátil para realizar ensayos bajo condiciones reales exteriores. Además, gracias a la versatilidad de su estructura, las dimensiones del SPTB pueden ser cambiadas en caso necesario. Para la presente investigación, el primer objetivo de este banco de pruebas era realizar una evaluación justa del comportamiento de la luz del TCP basado en ensayos de luz dinámicos. Y en segundo lugar, el SPTB buscaba desarrollar una herramienta física para ser utilizada más allá de las necesidades de la presente investigación, así como en otros proyectos y ensayos. Para el novel TCP caso de estudio, el SPTB fue ubicado en el exterior y una variedad de pequeñas muestras a escala real de TCPs fueron ensayadas para analizar el comportamiento de la luz bajo condiciones reales del cielo, así como una recopilación de datos los cuales eran enviados Wireless i guardadas a una base de datos centrales ubicado en internet. Los resultados finales obtenidos en la presente Tesis confirman que, utilizando la tecnología comentada en ésta investigación, se demuestra que las medidas tomadas en eficiencia energética pueden mejorar el confort interior y la salud de los ocupantes. Éste es el caso de la rehabilitación energética de la fachada utilizada como casa de estudio donde se obtuvo aproximadamente un 12% de ahorro energético. Por otro lado, el TCP equipado con CPCs, es capaz de dispersar (directa y difusa) luz solar, i de esta manera mejorar la distribución lumínica del interior del edificio. La investigación ha mejorado la luz capturada y dispersada por las OFs gracias a la modificación de los extremos de la OF. Con el uso del SPTB, ha sido posible evaluar el comportamiento de la luz del TCP con la utilización de sistemas métricos lumínicos dinámicos. No obstante, más investigación experimental junto con nuevas simulaciones por ordenador, se tendrían que hacer en un futuro a fin de obtener resultados más concluyentes en términos de ahorro energético y confort térmico interior