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Titulo - Tesis defendidas

Doctoral theses defended

Tesis defendidas - Eficiencia energética

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Defended thesis of current programme

Nuevo procedimiento para calcular la eficiencia óptica del campo de heliostatos de una STP y reducir su tiempo de computación

DIAZ GARRIDO, DENYS IODA

Directors:
DEL PORTILLO VALDES, LUIS ALFONSO;
VARGAS SILVA, GUSTAVO ADOLFO
Grade:
Excellent
Year:
2022
Abstract:

Uno de los principales problemas de la tecnología solar de concentración con torre central, es la mejora de la eficiencia óptica del campo de heliostatos, encargado de concentrar la radiación solar sobre el receptor. Actualmente existen diferentes metodologías capaces de cuantificar la eficiencia óptica de este elemento de la central. El problema radica en que, muchas de estas no están abiertas al público, o están ideadas para un cierto diseño de heliostatos, o incluso requieren de un elevado tiempo de computación. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es el de desarrollar un procedimiento de cálculo de la eficiencia óptica del campo de heliostatos que permita solventar los inconvenientes mencionados. Por un lado, el procedimiento planteado es capaz de calcular la eficiencia óptica para diferentes morfologías de heliostatos, y de diseño de campo, en función al parámetro principal que define a los dispositivos, que es el diámetro de su superficie reflectante. Por otro lado, el planteamiento logra resolver el último de los problemas mencionados anteriormente, que es el de reducir el tiempo de computación.

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Donostiako ondare eraikiaren birgaitze energetikoa. Inguratzaile termikoan esku-hartzea/Rehabilitación energética del patrimonio edificado de San Sebastián. Intervención sobre la envolvente térmica.

MARTIN GARIN, ALEXANDER

Directors:
MILLAN GARCIA, JOSE ANTONIO
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2018
Abstract:

La presente tesis doctoral aborda el reto existente de aplicación de las medidas de eficiencia energética en la tipología edificatoria patrimonial sin que sus valores histórico-artísticos se vean afectados. En un primer lugar la investigación se centra en la caracterización térmica de los edificios a través de distintos ensayos experimentales. Para ello, los análisis se desarrollan en el ámbito de estudio del ensanche decimonónico de Donostia-San Sebastián como ciudad representativa de la tipología edificatoria patrimonial. De esta manera a través de una campaña de ensayos de estanqueidad al aire y de las propiedades térmicas de los materiales pétreos que componen los muros de la tipología evaluada, se consigue caracterizar el comportamiento de las envolventes térmicas del ámbito de estudio. A continuación, con objeto de proponer intervenciones de rehabilitación energética para la reducción de las pérdidas térmicas producidas por la envolvente, se procede a evaluar mediante modelos de (No rebasar en extensión el presente recuadro) simulación el efecto de las medidas de intervención propuestas. Por un lado a nivel de componente mediante modelos de transporte combinado de calor y humedad para poder evaluar así la idoneidad de los Sistemas de Aislamiento Térmico Interior (SATI). Por otro lado a través de modelos de simulación a nivel de edificio para cuantificar el efecto de las medidas planteadas sobre la demanda energética de calefacción y determinar las soluciones óptimas en relación al coste-energía. Se concluye que si bien las medidas propuestas a lo largo de la investigación no permiten alcanzar los mismos niveles de alta eficiencia que se pueden lograr en edificios modernos de nueva construcción, la aplicación de las mismas permite lograr una notable mejora en la calidad y confort de los edificios patrimoniales. La reducción del consumo energético obtenida mediante medidas pasivas y la mejora en el confort térmico, preservando al mismo tiempo el valor histórico-artístico, indican que esta tipología edificatoria no debe quedar relegada en las regulaciones de mejora energética y pueda beneficiarse de las oportunidades que brinda el sector

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Evaluation of moisture buffer value for building envelopes materials and analysis of their impact on the hygroscopic equilibrium of buildings/ Evaluación de potencial de amortiguamiento de humedad en recubrimientos interiores de cerramientos y análisis de su impacto en el equilibrio higroscópico de edificios.

SELLENS FERNANDEZ, ISABEL

Directors:
ERCORECA GONZALEZ, AITOR;
GOMEZ ARRIARAN, IGNACIO SANTIAGO
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2019
Abstract:

Las Directivas Europeas de Eficiencia Energética establecen nuevos desafíos en el sector de la construcción donde los ejes de actuación se centran en la reducción de la demanda energética y de los gases de efecto invernadero. Para llevar a cabo una gestión eficiente de la energía logrando, a su vez, espacios habitables y saludables, se deberán tener en cuenta las demandas de confort ocupacional. Algunas de las soluciones que se practican con frecuencia implican un aumento de la hermeticidad de la envolvente, así como proveer al edificio de equipos cada vez más eficientes. En menor medida, pero no menos importante, se empiezan a introducir soluciones pasivas para el control de las condiciones interiores. En referencia al control de la higrometría interior, una forma de ayudar a minimizar la dependencia de los sistemas activos HVAC empleando métodos pasivos, es el desarrollo y empleo de materiales higroscópicos. Éstos tienen la capacidad de amortiguar las oscilaciones bruscas de humedad relativa en los espacios acondicionados, por tanto, los sistemas activos trabajan en menor proporción y la dependencia a éstos se reduce. La capacidad de los materiales para regular la humedad relativa se denomina Moisture Buffer Value (MBV) y desempeña un papel importante en el equilibrio higroscópico de los espacios interiores. El control de la humedad relativa interior es muy importante, ya que tiene un gran efecto sobre el confort, la calidad de aire interior, la salud de los ocupantes, la durabilidad de los edificios y el consumo energético. Además, la consecución de edificios de consumo casi nulo (nZEB) va a requerir en un futuro inmediato el desarrollo de esta línea de investigación para su aplicación en la edificación, además de la creación de nuevos materiales de construcción con altos potenciales de amortiguación de las oscilaciones bruscas de la humedad relativa. Para evaluar la efectividad de la aplicación de algunos materiales higroscópicos sobre el balance higroscópico, en esta tesis se han estudiado cuatro materiales diferentes. Tres de ellos (perlita expandida y dos tipos de yesos con diferentes prestaciones) forman parte de un sistema de aislamiento; el cuarto material, las planchas de fibra de madera, se ha escogido sabiendo que tiene un alto potencial amortiguador de la humedad relativa con el objetivo de poder compararlo con los otros materiales. Para alcanzar cada uno de los objetivos propuestos en esta tesis, se han realizado diferentes tareas que comprenden el análisis de la propiedad del Moisture Buffer Value y, por tanto, del potencial de amortiguación de las oscilaciones bruscas de la humedad relativa y su implementación y efecto en el balance higroscópico de las estancias.

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Energia aurrezteko, aireztapen sistemaren sarrera-airea aurreberotzeko berotegien erabilera.

GAINZA BARRENCUA, JOSEBA

Directors:
HERNANDEZ MINGUILLON, RUFINO JAVIER;
ODRIOZOLA MARITORENA, MOISES
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2021
Abstract:

Klima-aldaketaren ondorioak arintzeko berotegi-efektuko gasen isurketak murrizteko helburuarekin, funtsezkoa da eraikinetan jardutea. Horrela, eraikitzen diren eraikin berri guztiek energia-kontsumo ia nulukoak izan beharko dute. Testuinguru horretan, eraikuntzak gero eta isolatuagoak eta hermetikoagoak egiten dira, eta horrek, aireztapen sistema mekaniko bat instalatu beharra dakar, barneko airearen kalitatea egokia izateko. Berotegien erabilerak aireztapen-sistemaren sarrera-airea aurreberotzeko balio dezake, eta, horrela, eraikinen berokuntzan energia-kontsumoa aurreztea lortuko da. Doktorego Tesi honek berotegi mota hauek izan behar dituzten ezaugarrietan eta hauen errendimenduan eragina duten baldintzatzaileetan sakontzen du. Berotegi modular bat diseinatu da errendimenduari eragiten dioten eraikuntza ezaugarri nagusiak kontuan hartuta. Ondoren, egoera meteorologiko errealetan aztertzeko modulu baten prototipoa eraiki da. Prototipoa simulazio informatikoaren eredua baliozkotzeko ere erabili da. Datu esperimentalak simulazio bidez lortutakoekin alderatu dira, eta bien artean adostasun handia dagoela frogatu da. Ezaugarri nagusien analisirako, azterketa-kasu bat hautatu da, eta berotegiko konfigurazio desberdinekin lortzen diren energia-aurrezkiak kuantifikatu dira. Hainbat beira-aldaeraren erabilerak, berotegiko inguratzaile opakoaren isolamendu-mailak eta inertzia termiko handiagoa lortzeko ur-deposituak erabiltzeak duen eragina aztertu da. Halaber, berotegiekin batera bero-berreskurapena duen aireztapen sistema erabiltzea komeni den analizatu da. Aldi berean, moduluak seriean edo paraleloan instalatzeak nola eragiten duen aztertu da. Berotegi mota hauen errendimenduan klima funtsezkoa da. Bere garrantzia aztertzeko, Eraikuntzaren Kode Teknikoaren (EKT) klima-zona desberdinetako emaitzak alderatu dira. Azkenik, beste klima batzuetan duten portaera aztertzeko, Europako hiri nagusietan osatu da analisia. Emaitzen arabera, neguko klima-gogortasuna handitu ahala, berotegiei esker aurrezten dena areagotzen da. Doktorego tesi honek frogatzen duenez, klima hotzenetan, aurrezpen benetan handiak lortzen dira, are gehiago eguzki-erradiazio handia badute.

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Caracterización climática, confort térmico y reducción de la demanda energética en viviendas de tipologia mayoritaria de la República Dominicana mediante paneles constructivos más sostenibles y aprovechamiento de la ventilación natural atendiendo a sus zonas climáticas

PEÑA SUAREZ, JESUS NICOLAS

Directors:
DEL CAMPO DIAZ, VICTOR JOSE;
DEL PORTILLO VALDES, LUIS ALFONSO
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

Esta tesis aborda el tema de la eficiencia energética en la edificación en la República Dominicana. La República Dominicana (R. D.) está localizada en la zona tropical caribeña, alta radiación solar con un clima considerado cálido y húmedo, PIB corriente 80 940 millones de dólares estadounidenses, PIB corriente per cápita 7880,55 dólares estadounidenses, PIB corriente per cápita (paridad de poder adquisitivo, PPA) 18 424,61 dólares internacionales per cápita; el sector residencial representa el 23,5 % del consumo total de energía final; las casas independientes son el tipo de vivienda que predominan con un 77,66 %, de las cuales el 74,5 % está construida con bloques de hormigón en las paredes y 40,8 % construida con concreto en el techo. En consecuencia, esta tesis pone de manifiesto que partiendo de la realidad socioeconómica dominicana es factible reducir el consumo de energía eléctrica de las viviendas objeto de nuestro interés. Además, esta reducción no va acompañada de un aumento del disconfort térmico, sino que es factible mantener la temperatura seca interior por debajo de los 26 ºC. Para esta investigación se realizaron ensayos de campo y simulaciones con el programa informático DesignBuilder, pero antes se procedió en base a datos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos de América (NREL por sus siglas en inglés) y de las estaciones meteorológicas de la Oficina Nacional de Meteorología Dominicana (ONAMET) a caracterizar el país en zonas climáticas según su severidad, ya que no se dispone de dicha caracterización. La investigación de campo se realizó en una vivienda dominicana cedida para tal fin. A tenor, de ser un país deficitario en materias primas se desechó ensayar con materiales que deberían importarse, lo que tendría como efecto aumento en el costo económico, además de aumentar la dependencia de la República Dominicana de proveedores externos. Asimismo, se focalizó la atención en materiales que no fuesen derivados del petróleo y que en la medida de lo posible pudieran obtenerse total o parcialmente de materiales de desecho. Las conclusiones obtenidas permiten afirmar que se produce una mitigación de los efectos de la insolación en viviendas lo que conlleva a una reducción de las cargas térmicas hacia el interior, en consecuencia, se reduce la temperatura de bulbo seco en el interior de la vivienda lo que se traduce en menor consumo de energía para mantener el confort térmico.

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Analysis of thermofluids in flameless (MILD) combustion: assessment, improvement and development of combustion models by CFD

ROMERO ANTON, NAIARA

Directors:
DEL PORTILLO VALDES, LUIS ALFONSO;
MARTIN ESCUDERO, KOLDOBIKA
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

Flameless combustion, also called MILD combustion (Moderate or Intense Low Oxygen Dilution), is a technology that reduces NOx emissions and improves combustion efficiency. It is based on the aerodynamic recirculation of flue gas inside the furnace diluting air and/or fuel streams. Therefore, appropriate turbulence-chemistry interaction models are needed to address this combustion regime via computational modelling. In this Thesis the applicability of two different turbulence-chemistry interaction models, the Eddy Dissipation Concept (EDC) and the Flamelet Generation Manifold (FGM) models, are studied and then some extensions of both models, The Generalized New Extended EDC model and the Dilued Air FGM, are developed and implemented in ANSYS Fluent for better predict flameless combustion. Models are validated comparing modelling results with experimental data of the Delft Lab Scale furnace (9kW) burning Natural Gas (T=446 K) and preheated air (T=886 K) injected via separate jets, at an overall equivalence ratio of 0.8. It could be concluded that both models improved modelling results respect the existing models. The Generalized New Extended EDC model provides better mean temperature results close to the burner and at the mid height of the furnace, and the Diluted Air FGM model shows better consistency with experimental data on the highest height of the furnace, where the dilution effect is more noticeable.

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Lea Ibarreko lurralde, arkitektura eta higrotermia izaerak. Esku-hartze orekatu baten aldeko irizpideak/Identidad territorial, arquitectónica e higrotérmica del Valle del Lea. Criterios hacia la intervención equilibrada.

ETXEBARRIA MALLEA, MATXALEN

Directors:
DE LUXAN GARCIA DE DIEGO, MARGARITA;
ETXEPARE IGIÑIZ, LAUREN
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

Lea ibarra Bizkaiko Lurralde Historikoaren ipar-ekialdeko Lea-Artibai eskualdearen baitan kokatzen da, eta arrazoi sozioekonomiko eta ezaugarri geografikoak tarteko, ibai-arroa osatzen duten zazpi udalerrietatik bostek, hau da, Munitibar-Arbatzegi-Gerrikaitzek, Aulestik, Gizaburuagak, Amorotok eta Mendexak, udalerri administratibo bakarra osatzen dute. Ikerketa-eremua, beraz, Lea ibaiak Oiz mendian hasi eta 24km-ko ibilguan kokatutako bost udalerriek osatutako azalera da. Lurralde-zati honetako egitura-ardatz nagusia ibaia bera da, zeinak «V itxurako» ibar estu, malkartsu, tontordun, magaldun eta gune lau eskasdun lurralde-egitura osatzen baitu. Ingurune fisikoaren gorabehera hauek lurraldearen zatiketa eta isolamendua ekarri dute, berezko izaera emanez lurraldeari. Ingurune fisiko honen araberako egokitzapenak, beraz, giza-ezarpenetan eragin, eta lurralde-mailako izaeraz gain, herri- eta arkitektura-izaera ere sortarazi ditu. Hala, bost udalerrietako eraikinei erreparatuz gero, eraikuntza tradizionaleko landa-arkitektura eredua izaera arkitektoniko horren isla dela ondorioztatu daiteke, hau da, XV. mendean jaio, arkitekturaren garai klasikoekin garatu eta XIX. mendean gainbehera jasandako eraikin eredua. Lau mendetako garapen horrek, nolanahi ere, teknika, material, konposizio eta eraikuntza sistema desberdinen arteko konbinaketak sortarazi zituen, hots, eraikuntza-bilakaera bat, eta horrek, era berean, unitate formal berari dagokion eraikuntza aniztasuna. Eraikuntza-bilakaera horren baitako arkitektura-ezaugarriek, hortaz, ondare izaeradun balioak eta aberastasuna eskaintzen dituen eredua dela frogatzen dute, zaindu beharrekoa, alegia. Baina gaur egungo egoerak, ordea, bestelakoa adierazten du, esku-hartze egoki bat ezean galtzeko arriskuan dago eta. Esku-hartze egokitu hori bideratzeko, alabaina, eraikuntza-eredu tradizionalak jatorritik bilatu izan dituen, eta bere eraikuntza-logikaren baitakoak dituen egokitzapen bioklimatikoa, portaera higrotermikoa eta ongizate-maila ere aintzat hartu beharrekoak dira. Hau horrela izanik, arkitektura-ezaugarrien eta portaera higrotermikoaren elkarrekintzaren araberako esku-hartze irizpide argien beharra dago. Egoera honen aurrean, baina, helburu eta jakintzagai bien alde egiten duen araudirik edo lege-irizpiderik ez dagoela baieztatu ostean, «Esku-hartze Orekatuaren Teoria» garatu da gabezia horri aurre egiteko. Hartara, ezaugarri tipologiko, higrotermiko eta ondare babes-maila desberdineko hiru ikerketa kasu eta lau esku-hartze gradutan antolatutako teoriari esker, arkitektura-eredu tradizionalaren ondare ezaugarriak eta babesa kontutan hartuta ere, portaera higrotermiko hobetu baten alde egin daitekeela frogatu da, hau da, zaindu, kontserbatu, egokitu eta berariazkoa duen garapena bermatzeko aukera ere baduela.

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Control methodologies of energy performance certificates. Data quality assessment in the Basque Country and learning from experience to make improvements.

IRIBAR SOLABERRIETA, EIDER

Directors:
FLORES ABASCAL, IVAN;
SALA LIZARRAGA, JOSE MARIA PEDRO
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2021
Abstract:

The EPBDs required Member States (MSs) to establish an independent control system for the EPC. The Basque Country has its own system. The Laboratory for the Quality Control in Buildings (LCCE- for its acronym in Spanish) of the Basque Government is one of the accredited bodies for performing the control activity. It is from the laboratory numerous EPCs checks have been carried out for this thesis. Despite initiatives to improve the quality of the EPCs, studies have shown that the inaccuracy of many of them is a fact. Without measures to enhance the EPCs quality, public distrust in European strategy could raise and the continuity of this could be at risk. In consequence, in order to get better quality results in EPC database, this thesis aims to contribute improving the Basque Country independent control system and making the control procedures implementation more effective. For that purpose, it is necessary to learn from previous experience, to know the effectiveness of the system and to observe where there is potential to improvement. Hence, a continuous and iterative methodology has been adopted in this thesis. After exposing the control performance of EPCs (Chapter 3), an exhaustive analysis of control results has been realized in order to obtain the feedback of the experience (Chapter 4, 5 and 6) and finally, some improvements proposals have been exposed. At first, in Chapter 3, an overview of the control campaign in the 2014-2019 period has been presented. The control protocol stablished by LCCE, which is based on documentary review and on-site inspections, has been carried out in numerous EPCs and from them control results data have been collected in a representative 146 EPC sample. After that, an accurate analysis of collected data has been performed in three parts. In the first part (Chapter 4), the EPC sample quality is assessed, and a statistical analysis has made possible to extrapolate sample results to the Basque Country EPC database. The results obtained prove that not only inaccuracy exists but also there is an increasing trend. Nevertheless, approximately as many EPCs present a positive deviation as EPCs have a negative one. It suggests that at least half of EPCs were not made deliberately by wrongdoing. In the second part (Chapter 5), an assessment of EPC subsamples data quality has been carried out. By this study, some guidance for the most effective EPC control selection criteria have been achieved. It is impossible to control 100% of the EPCs, so it is necessary to have a selection criterion capable of filtering out the EPCs with most of the errors. The results suggest that the EPCs with the highest nrPEC (e.g. existing buildings or tertiary building) have the poorer quality. Moreover, it has been shown that the automatic checks methodology could be an effective way to filtering EPCs with potential errors. The last part of the monitored EPC control analysis is focused on the qualitative, quantitative, and mixed research of nonconformities (NCs) issued in noncompliance reports. The analysis is carried out by cataloguing the type of NCs, exploring what underlies these NCs and what are the most appropriate and optimal ways to identify them. Several conclusions have been achieved, but two of them are worth mentioning. The NCs mainly occur given that qualified experts (QEs) fail in getting accurate data from project definition, from information exchange with project/construction management agents, etc as well as because EPCs are sometimes ill-defined. And the second main conclusion, is that there is not a single detection form which is able to detect the most part of the NC types. A combination of different checking procedures is needed to get an effective control methodology. Finally (Chapter 7), after the completion of the EPC control results analysis, this thesis has proposed various improvements for the system and verification procedures which are supported by conclusions of the previous chapter 4, 5 and 6. A preventive phase where the attachment of some documents will be required at the start of EPC registration in order to avoid some specific NCs is proposed. Besides, a new selection criterion is suggested based on a combination of a filtering by automatic checks and targeted criteria. At the end, organization of various steps in the verification protocol for controllers must be planned. Part of the last two measures consist of an automatic check-up program. Thus, validation rules for this aim have been determined. With the last chapter a continuous-iterative procedure is proposed. Nevertheless, it is necessary to make clear that a continuous improvement involves initiating again the procedure with the future control results and new regulations.

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Thermoeconomics. A tool for energy and economic evaluation of building thermal systems/Termoekonomia. Eraikinen sistema termikoetan energia eta ekonomia ebaluatrzeko tresna.

PICALLO PEREZ, ANA

Directors:
SALA LIZARRAGA, JOSE MARIA PEDRO
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2019
Abstract:

One of the current main objectives of the European Union is focused on primary energy conservation, as a consequence of the enduring climate change the world is undergoing. Buildings are responsible for almost 40 % of the final energy used in the EU while in Spain, the built environment accounts for 28 % of the final energy consumption. Therefore, such sector plays an important role in the total energy consumption and many specialists are working for the improvement of buildings energetic efficiency. The benefits obtained through the application of exergy concept in buildings are currently known, since they contribute to the proper use of energy as well as to a better adequacy of the different energy qualities taking part in a facility. This is especially useful in buildings where low quality energy demands are required, such as heating, cooling and domestic hot water. The aim of Chapter A is to show the enormous possibilities for the energy efficiency improvement that still exist, which cannot be assessed through a common energetic analysis; in both, new and retrofit buildings. Because buildings are permanently changing over the time, dynamic models are imperative. In Chapter B two innovative methods are developed for their transient representations. Besides, an exergy analysis supports the identification of the economic cost formation in every phase of the energy transformation chain, which is, precisely, the objective of Chapter C. Such study is the base of Thermoeconomics that, among other applications, enables the exergetic and exergoeconomic costs of all the flows along the system. For that, Symbolic Thermoeconomic is used to obtain general equations, which relate the thermoeconomic variables of every component. The pioneering point is related to the dynamism incorporation, which is, in addition, seconded by a ground breaking dynamic software in the Annex. Furthermore, thermoeconomic diagnosis attempts to identify the components affected by any anomaly by analyzing its symptoms according to the exergetic efficiency variations and quantifying the energy recovery potential; unfortunately, it limps in certain aspects. Chapter D overcomes the essential issues of the application and succeed in the direct dynamic diagnosis problem resolution. In Chapter E, by contrast, a Dynamic Advanced Exergy Analysis is applied for the first time in buildings. Therefore, the corresponding dynamic challenges are solved. The overall research purpose it to stand out the advantages and disadvantages of the Second Law analyses in buildings dynamic systems. After all, a critical judgment is the base of any application and the only way forward to achieve the goal of energy and economic savings in buildings.

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Ensayo, modelado y análisis a escala de edificio de una Fachada Ventilada Forzada Fotovoltaica (FVFF) integrable en edificios de consumo casi nulo.

GARCIA GAFARO, CARLOS

Directors:
ESCUDERO REVILLA, CESAR;
FLORES ABASCAL, IVAN
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2022
Abstract:

nuevo escenario la bomba de calor (BdC) se ha convertido en una tecnología líder en el sector de la energía en la edificación. Actualmente va en aumento el uso de bombas de calor aire-agua en instalaciones energéticas de edificios de bajo consumo como los denominados ECCN. Su rendimiento mejora cuando es apoyada con energía solar. Este apoyo puede conseguirse con elementos híbridos solar térmicos-fotovoltaicos integrados al edificio en fachada. Sin embargo, el aprovechamiento puede ser mayor si se cuenta con un sistema de acumulación de la energía captada. Esta Tesis estudia la viabilidad del uso de una solución de Fachada Ventilada Fotovoltaica Forzada (FVFF) para ser usada como apoyo del sistema de calefacción y ACS basado en bomba de calor aire-agua, empleando al edificio en si mismo como sistema de acumulación térmica. Para ello se establece una estrategia que se ha denominado ¿Temperatura adaptativa¿, que consiste en incrementar la temperatura de consigna interior en los instantes ¿de ganancia térmica¿ de la FVFF, los cuales suelen coincidir con instantes de baja ocupación y/o demanda. La investigación realizada comprendió tres etapas principales: primero, la caracterización experimental de la FVFF en condiciones exteriores mediante un ensayo PASLINK; segundo, el desarrollo de un modelo numérico RC que permite predecir el calentamiento del flujo de aire forzado a través de esta fachada para cualquier localidad; y tercero, un análisis a escala de edificio mediante software de simulación energética del edificio entero. Se analizó un caso de estudio correspondiente a un edificio residencial tipo ECCN el cual mostró que al implementar la hibridación FVFF y BdC se reduce en un 19,9% el consumo de calefacción con respecto al mismo edificio sin FVFF. Al contabilizar, además, el apoyo de esta FVFF a una segunda bomba de calor dedicada al ACS y la generación fotovoltaica de su hoja exterior, se obtiene que hay una reducción de un 20,7% en el total anual de energía final necesaria para suplir la demanda de calor de dicho edificio.

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Development of a methodology for integral energy analysis of industrial processes and plants.

BONILLA CAMPOS IÑIGO

Directors:
DEL PORTILLO VALDES, LUIS ALFONSO;
NIETO AGUIRREZABALA,NEREA
Mentions:
Cum Laude Distinction
Industrial Thesis
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2019
Abstract:

La presente tesis contextualiza el consumo de energía del sector industrial cuyos procesos presentan alta variabilidad y dinamismos. Estos procesos no han sido evaluados tan extensivamente como los continuos y, sin embargo, presentan altos márgenes de eficiencia energética y potenciales de ahorro. Después de un exhaustivo análisis del estado del arte sobre modelado de procesos, se confirma una ausencia de metodologías orientadas a este tipo de procesos (normalmente con alta componente térmica). Basado en las metodologías analizadas y los estudios de mejora de la eficiencia energética de procesos, se plantea una metodología integral (multi escala -operativa, táctica y estratégica- multi nivel -dispositivo, proceso, planta, entorno-) para la identificación, cuantificación y evaluación de medidas de mejora de la eficiencia energética. La metodología propuesta analiza el proceso desde el punto de vista energético y operativo y crea modelos de simulación. Todos los fenómenos y eventos que afectan al proceso en cuestión son identificados modelados (transcripción de ecuaciones física que rigen el fenómeno o parametrización). La metodología se implementa en un caso de estudio con datos reales y se validan los modelos. De este modo, varios cursos de acción son identificados y analizados en profundidad. Las medidas identificadas son modeladas y evaluadas (energética-económica y ecológicamente). Como consecuencia, se obtiene ahorros energéticos de hasta el 50% con PayBacks inferiores a 24 meses. Finalmente, las capacidades de la metodología, las conclusiones y sus resultados son discutidos y comparados.

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Optimized monitoring techniques and data analysis development for in-situ characterization of the building envelope`s real energetic behaviour

GIRALDO SOTO, CATALINA

Directors:
ERCORECA GONZALEZ, AITOR;
MORA , LAURENT
Mentions:
Cotutelle PhD thesis
International Thesis
Grade:
Excellent
Year:
2021
Abstract:

Aunque la eficiencia energética de los edificios ha mejorado durante los últimos años, todavía se encuentra una importante "brecha de rendimiento" entre su diseño y el consumo real de energía. Esta brecha de rendimiento tiene tres fuentes principales: el comportamiento del usuario del edificio, el rendimiento real de los sistemas del edificio y el rendimiento energético real de la envoltura del edificio. Los resultados de la tesis tienen como objetivo avanzar en la fiabilidad de la comprensión y la cuantificación de la brecha de rendimiento debido al rendimiento energético en uso de la envoltura del edificio. El valor del Coeficiente de Pérdida de Calor de Diseño (HLC) de la envolvente del edificio suele estar disponible en los Certificados de Rendimiento Energético para los edificios nuevos o reformados, pero todavía existen problemas de fiabilidad en los métodos que permiten estimar el HLC de los edificios en uso. La HLC es la pérdida total de calor de un edificio que resulta de la transferencia de calor a través de la envolvente (UA) y de la infiltración y/o ventilación (Cv) por °C de diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en W/°C. La tesis comienza analizando y presentando en detalle dos métodos para la estimación de la HLC. El conocido Método de Co-calentamiento, que está cerca de ser un estándar para medir la HLC de las envolventes de edificios desocupados. Mientras que el Método de Promedio permite la estimación de la HLC de las envolventes de edificios en uso. El Método de Promedio se basa principalmente en los ya extendidos sistemas de monitorización de edificios donde se miden los parámetros asociados al confort interior y calidad del aire, consumos de energía de los sistemas de edificios y datos meteorológicos. Además, utilizando CO2 antropogénico, como gas trazador, y los datos de monitorización del sistema de ventilación, se expone el método para la estimación de Cv. De esta forma, el la estimación del HLC de la envolvente del edificio en uso HLC, podría ser desacoplada por una simple sustracción HLC = UA + Cv . El objetivo general de este proyecto de tesis doctoral es avanzar en la fiabilidad y optimización de los Sistemas de Monitorización y Control para la estimación y el desacoplamiento del HLC, para en el futuro, poder definir un mínimo Kit de Monitorización energético para edificios residenciales o terciarios. Estos Kits de Monitorización deben ser lo más discretos posible y deben permitir monitorizar de forma fiable la mínima cantidad de datos que, junto con un análisis correcto, deben permitir caracterizar el comportamiento real de la envolvente del edificio. Así pues, después de presentar los métodos existentes para estimar y desacoplar de HLC en uso, se realiza el análisis del estado del arte sobre el uso los Sistemas de Monitorización y Control para la caracterización energética de la envolvente de los edificios en uso. Gracias a este análisis sobre los Sistemas de Monitorización y Control, se ha comprobado que, en la bibliografía existente, la incertidumbre general de la temperatura interior y exterior (cuando se presenta) se considera siempre como la precisión del fabricante. Utilizar sólo la precisión del fabricante como la incertidumbre global para estas dos importantes mediciones, que son necesarias para la estimación de las HLC de edificios en uso, podría conducir a una fuerte subestimación de su incertidumbre real y esta subestimación se propagaría en el valor estimado del HLC. Para analizar en profundidad este tema, que podría generar serios problemas de fiabilidad en los valores HLC, se ha diseñado e implementado unos sistemas de monitorización tridimensional en las oficinas de un edificio terciario. Para analizar la incertidumbre general de la medición de la temperatura del aire interior, se han monitorizado cuatro zonas térmicas del edificio terciario con un enfoque tridimensional. Para analizar la incertidumbre general de la medición de la temperatura del aire exterior, también se ha aplicado un enfoque de monitorización tridimensional alrededor de la envolvente del edificio. Los resultados de este análisis han permitido identificar la mejor ubicación de los sensores de temperatura interior y exterior en el edificio monitorizado. Igualmente, se han analizado las discrepancias entre el valor de la precisión del sensor dado por el fabricante y el valor experimental de la precisión del sensor más el sistema de Monitorización y Control. En este análisis se encuentra la principal contribución de esta tesis: donde se ha desarrollado una metodología para cuantificar de la incertidumbre global de medida de variables intensivas en los edificios en uso, como lo son la temperatura del aire interior y la temperatura del aire exterior. Esta metodología no sólo permite obtener el valor global de la incertidumbre de las medidas (denominada Incertidumbre de Medida), la cual contiene todas las fuentes de incertidumbre, sino que también permite desacoplar dicha incertidumbre en de la incertidumbre asociada a los errores aleatorios y los errores sistemáticos. Este desacoplamiento separa el valor de la varianza asociada a la incertidumbre global (Incertidumbre de Medida) en la suma de dos varianzas, una asociada a los errores sistemáticos (denominada en el estudio, Incertidumbre Medición del Sensor) y otra asociada a los errores aleatorios (denominada en el estudio, Incertidumbre Espacial de Medida). Por otro lado, a partir del análisis del Método de Co-Heating y del Método Promedio para estimar el HLC, se ha diseñado e implementado un sistema de Sistema de Monitorización y Control extremadamente detallado en un edificio residencial. El objetivo de este sistema de monitorización es poder analizar cuál es el conjunto mínimo de sensores necesarios para estimar y desacoplar los valores del HLC de un edificio en uso con una fiabilidad suficiente. Los sensores seleccionados tienen la mayor precisión posible que se podría encontrar para la aplicación en el sector de la construcción. También se incluye un análisis económico detallado para este Sistema de Monitorización y Control. Debido al COVID-19, no ha sido posible obtener suficientes datos de este sistema implementado para realizar el análisis previsto. Aun así, se presentan las directrices sobre cómo analizar los datos de este Sistema de Monitorización y Control para obtener el número mínimo de sensores para la estimación y desacople del HLC en edificios en uso. La cuantificación de la diferencia entre el diseño y los HLC, UA y Cv en uso no sólo es el primer paso para reducir el consumo de energía real de los edificios, sino que podría ser el comienzo de una nueva era para la certificación de edificios en uso, basada en los datos obtenidos del Sistema de Monitorización y Control.

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Study of a urea-based phase change material for thermal energy storage.

QUANT COLON, LAURA MARCELA

Directors:
BEDECARRATS , JEAN PIERRE;
GARCIA ROMERO, ANE MIREN
Mentions:
Cotutelle PhD thesis
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

This work presents a contribution to the LHTES technology by working on both PCM materials and storage systems that are technically and economically viable for their integration in buildings. The previously identified urea-sodium nitrate eutectic mixture was studied to determine technical aspects regarding the material hygroscopic behavior handling, thermal degradation, supercooling and phase segregation. The characterization of these parameters serve to evaluate feasibility of the mixture as a PCM, because they can jeopardize the long-term use of the PCM and the efficiency of the heat storage. The study of the material include the development of methodologies that are more practical and representative of the operation in the final application than the traditionally used in PCM characterization. In addition, the thermal behavior of an existent industrial shell and tubes heat exchanger, modified for its use as latent heat thermal energy storage device, was studied to understand the thermal behavior of such systems with the objective of reducing costs.

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Physics-based dynamic model for reversible liguid-to-liquid heat pums systems.

SALAZAR HERRAN, ERIK

Directors:
DEL PORTILLO VALDES, LUIS ALFONSO;
MARTIN ESCUDERO, KOLDOBIKA
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

A lo largo de la tesis presentada se ha desarrollado y validado un modelo dinámico para la simulación de sistemas de bombas de calor reversible líquido-líquido. El modelo está basando en leyes físicas, limitando el uso de correlaciones y regresiones experimentales. El modelo está implementado en Matlab/Simulink y permite la simulación tanto en el modo calefacción como en el modo refrigeración. Así mismo, en el modelo desarrollad se puede simular el cambio de modo de operación (de calefacción a refrigeración y viceversa). La validación del modelo se ha llevado a cabo en dos escalas de tiempo diferentes. Por un lado, se ha validado el modelo en micro-escala (escalas de tiempo de segundos), enfocada en la simulación de estados transitorios rápidos como cambios bruscos de condiciones de operación o encendido del sistema. En micro-escala también se han llevado a cabo simulaciones bajo la premisa del cambio de modo de operación sin llegar a validarlo con datos experimentales debido a la falta de los mismos. Por otro lado, se ha validado el sistema en macro-escala (escalas de tiempo de horas). Los ensayos experimentales se han desarrollado con una máquina diferente y con un refrigerante diferente, demostrando así la versatilidad del modelo. En este caso, se ha analizado la eficiencia del sistema, obteniendo el COP del equipo. En ambas simulaciones los resultados son semejantes a los datos experimentales.

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Estimating and decoupling the Heat Loss Coefficient of in-use buildings into its Transmission (UA) and Infiltration and/or Ventilation (Cv) heat loss coefficients through basic monitoring and modelling

URIARTE PEREZ DE NANCLARES, IRATI

Directors:
ERCORECA GONZALEZ, AITOR;
MARTIN ESCUDERO, KOLDOBIKA
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2021
Abstract:

A través de esta Tesis, se ha podido desarrollar un método preciso basado en datos medidos para estimar resultados fiables del coeficiente de perdida de calor para edificios en uso, que después se desacoplan en el coeficiente de pérdida de calor por transmisión e infiltración y/o ventilación. Este trabajo será de gran ayuda a la hora de identificar el origen de las pérdidas de calor, y así, poder comprender mejor la brecha de rendimiento energético que existe en los edificios. Para ello se han utilizado tres casos de estudio con diferentes características: una caja de estudio llamada ¿Round Robin box¿ que simula un edificio a pequeña escala, dos edificios residenciales en uso y un edificio de oficinas ocupado.

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Calidad y diversidad: propuesta metodológica de análisis y evaluación del espacio público

URRUTIA DEL CAMPO, NAGORE

Directors:
HERNANDEZ MINGUILLON, RUFINO JAVIER
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2022
Abstract:

Desarrollo un procedimiento de análisis multicriterio de las condiciones ambientales de diseño, funcionales y climáticas de espacios públicos como son las plazas, así como una herramienta2 metodológica de evaluación de la calidad y diversidad microclimática y de utilización de estos espacios. Esta herramienta metodológica de análisis y evaluación del espacio permitirá: - Determinar la calidad del diseño en lo referente al fomento de la utilización de los espacios y mejora de la experiencia ambiental. - Caracterizar la diversidad microclimática entendida como opciones de localización y uso bajo variadas condiciones climáticas. - Caracterizar la diversidad de utilización entendida como las posibilidades de ocupación de los espacios en condiciones ambientales diversas a través del cruce de las variables microclimáticas, de diseño y de usos urbanos.

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Estudio de la aportación de la tecnología termoeléctrica a la mejora de la efciencia energética en la climatización del entorno doméstico.

GARCIA RAMOS,GUSTAVO

Directors:
ARANCETA AGUIRRE, FRANCISCO JAVIER;
FLORES ABASCAL, IVAN;
MARTIN ESCUDERO, KOLDOBIKA
Mentions:
Industrial Thesis
Grade:
Excellent
Year:
2020
Abstract:

La presente tesis doctoral estudia el potencial de ahorro energético en el entorno doméstico mediante la generación de electricidad por efecto Seebeck a partir del calor del circuito de calefacción. Las alternativas al sistema de calefacción basado en radiadores orientadas a la mejora de la eficiencia pasan por reducir la temperatura de trabajo del elemento radiante o utilizar un dispositivo convector activo que homogenice las temperaturas y reduzca los tiempos de trabajo, el consumo y las perdidas. Este elemento activo o ventiloconvector lleva asociadas dos afectaciones en modo de consumo eléctrico y de acondicionamiento del entorno para su funcionamiento. Y es en este punto donde la termoelectricidad juega un papel clave, ya que permite obtener toda la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del ventiloconvector del calor que el propio dispositivo quiere distribuir, y lo realiza además de manera autónoma sin ningún tipo de obra ni acondicionamiento. Se analizándo su modo de funcionamiento y estudia su respuesta en cuanto a potencia eléctrica generada y eficiencia de generación. Se propone una modelización computacional analítica simplificada para la caracterización de estos dispositivos, que predice el comportamiento del generador completo partiendo de la temperatura del agua de calefacción y la temperatura del agua de refrigeración. Con el objetivo de validar del modelo se desarrolla un equipo ventiloconvector termoeléctrico completo.

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Modelling, experimental characterization and simulation of stirling engine-based micro-cogeneration plants for residential buildings.

GONZALEZ PINO, IKER

Directors:
CAMPOS CELADOR, ALVARO;
PEREZ IRIBARREN, ESTIBALIZ
Mentions:
Cum Laude Distinction
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2019
Abstract:

El sector de la edificación representa aproximadamente el 40% del consumo de energía y un 36% de las emisiones de CO2 en la Unión Europea. En la actualidad la investigación se dirige hacia la mejora de la eficiencia energética y la promoción de las energías renovables. Una de las tecnologías con mayor potencial para cubrir las necesidades energéticas del sector de forma eficiencia es la micro-cogeneración en base al motor Stirling. La presente tesis presenta la evaluación de la viabilidad de esta tecnología frente a otras opciones. A tal efecto, se aborda el modelado, caracterización experimental y simulación de plantas de micro-cogeneración en base a motor Stirling aplicado a edificios residenciales en la CAPV y España.

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Advanced daytime radiative cooling: worldwide potential in the builtenvironment.

CARLOSENA REMIREZ LAURA

Directors:
HERNANDEZ MINGUILLON, RUFINO JAVIER;
IRULEGI GARMENDIA, MARIA OLATZ
Mentions:
Cum Laude Distinction
Industrial Thesis
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2021
Abstract:

La tesis ¿Advanced Daytime Radiative Cooling: Worldwide Potential in the Built-Environment¿ tiene como objetivo calcular el potencial mundial de enfriamiento radiativo para su futura aplicación en arquitectura. Para ello, se consideran diferentes aspectos necesarios para su correcta implementación, desde el diseño de la configuración óptica ideal del material, el tipo de aplicación, el diseño de material, la fabricación y técnicas de deposición, el ensayo de los materiales bajo diferentes condiciones meteorológicas, adecuación climática y el cálculo del potencial de enfriamiento radiativo en diferentes climas. El contexto energético actual hace que las propuestas de refrigeración basadas en enfriamiento radiativo sean de especial interés ya que no requieren de consumo energético. El enfriamiento radiativo diurno aparece como una fuente de refrigeración alternativa; estos materiales consiguen enfriarse incluso con radiación solar incidente al emitir radiación infrarroja a través de la ventana de transparencia de la atmósfera al espacio. La mayoría de los estudios de enfriamiento radiativo consideran unos materiales difíciles de fabricar y de elevado coste; dificultando su aplicación. Por otro lado, los experimentos suelen realizarse en condiciones ideales, cielos despejados y sin edificios colindantes que emitan radiación. Esta Tesis incluye información relevante sobre el contexto teórico y experimental para el desarrollo de materiales de enfriamiento radiativo para su aplicación posterior en arquitectura. La sencilla técnica de deposición presentada, el bajo coste y el rendimiento de los materiales han reducido el salto para la aplicación de los materiales diurnos de enfriamiento radiativo como materiales de la envolvente y como sistemas activos. Los materiales desarrollados son unos candidatos excelentes para contrarrestar el efecto de la Isla de Calor Urbana y reducir la carga de refrigeración.

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