Dentre as tendências de uso racional de recursos, principalmente energia, e da necessidade de assegurar a produtividade e qualidade na execução de atividades produtivas, destaca-se o conceito de edifício inteligente. Este ambiente materializa o conceito de integração dos sistemas prediais potencializando a otimização dos recursos e a eficiência do trabalho humano. Neste contexto, abordagens conceituais baseadas em sistemas a eventos discretos e técnicas derivadas de rede de Petri têm sido introduzidas como uma alternativa eficaz de modelagem e análise das soluções de integração dos sistemas prediais. Um resultado expressivo destas iniciativas são os métodos propostos para a modelagem e análise de estratégias de gerenciamento de sistemas de ar condicionado, utilizando uma abordagem híbrida, onde são considerados os aspectos de sistemas a eventos discretos e as variáveis de dinâmica contínua. Contudo, as abordagens e métodos existentes são limitados a soluções específicas de implementação, como os sistemas de ar condicionado com volume de ar contínuo. Assim, o presente trabalho introduz uma extensão destas abordagens para modelar e analisar soluções de automação predial que incluem sistemas de ar condicionado com volume de ar variável. A eficiência deste método na concepção e validação destas soluções é ilustrada através de um estudo de caso. / Among the trends of rational use of resources, especially energy, and the need to ensure productivity and quality in the implementation of productive activities, there is the concept of intelligent building. This environment materializes the concept of integrating building systems, powering the optimization of resources and the efficiency of human labor. In this context, conceptual approaches that are based on systems of discreet events and techniques, which are derived from the Petri nets, have been introduced as an effective alternative to modeling and analysis of solutions of building systems integration. A significant result of these initiatives are the proposed methods for modeling and the analysis of strategies for air conditioning systems management using a hybrid approach where the aspects of systems of discreet events and the variables of continuing dynamic are considered. However, the existing methods and approaches are limited to their specific implementation solutions, such as air conditioning systems with continuous volume of air. Thus, this work introduces an extension of these approaches to model and analyze the building automation solutions that include air conditioning systems with variable volume of air. The efficiency of this method in the design and validation of these solutions is illustrated through a case study.

[ES] Las regulaciones medioambientales imponen el uso de refrigerantes con cada vez menor Poder de Calentamiento Atmosférico (PCA), y obligan a que la búsqueda de refrigerantes alternativos a los actuales sea una necesidad real acorde a las tendencias del sector. El paso de los refrigerantes actuales a la utilización de refrigerantes alternativos no es inmediato ni mucho menos sencillo. La complejidad a nivel tecnológico es muy elevada, dado que el uso de un nuevo refrigerante exige diseñar y desarrollar de cero todos los componentes del circuito, puesto que poseen unas especificaciones y requerimientos de funcionamiento totalmente diferentes de los que poseen los refrigerantes actuales. La motivación principal de la tesis doctoral es la de plantear lo primeros pasos para el desarrollo de un equipo de bomba de calor para climatización que utilice un refrigerante con un bajo índice de PCA como el propano, en sustitución del que emplea la unidad actualmente (R410A), reduciendo así el impacto medioambiental del equipo y mejorando sus propiedades. Todo esto se encuentra incluido en los siguientes puntos: - Anticipar el cambio de tecnología necesario para el cumplimiento de la regulación F-GAS, asegurando menores emisiones para el medio ambiente y manteniendo la eficiencia energética actual mediante el desarrollo de equipos de bomba de calor con capacidad de modulación y con propano como fluido refrigerante. - Desarrollar herramientas de modelado y simulación para las diferentes plataformas objetivo. - Obtener conocimiento específico sobre el comportamiento de la bomba de calor mediante el análisis experimental con prototipos funcionales bajo las condiciones de trabajo especificadas, con la intención de conocer su funcionamiento, además de sus limitaciones, exigencias prácticas y sus necesidades de control. - Facilitar el diseño y desarrollo industrial de nuevos equipos de climatización mediante las herramientas de simulación y los datos experimentales obtenidos a través de prototipos funcionales. Motivada por este nuevo escenario, esta tesis se centra en estudiar qué posibilidades existen en medio-largo plazo en el desarrollo de bombas de calor para ajustarse a la regulación existente, no solo en cuanto a requerimientos ambientales sino también energéticos. Para ello, el primer paso ha sido el de realizar una sustitución directa del refrigerante original de la unidad aerotérmica, el R410A, por R290 para establecer el punto de referencia y poder conocer qué prestaciones es capaz de desarrollar esa misma unidad sin un rediseño del circuito de refrigerante. Tras esta primera evaluación, se ha llevado a cabo un estudio teórico de distintas configuraciones de circuito frigorífico con propano para evaluar las ventajas e inconvenientes entre ellas, con el objetivo de elegir la que mejor se ajuste al cumplimiento de los objetivos marcados. Este estudio se ha efectuado en tres ámbitos distintos: calefacción a baja temperatura, alta temperatura y condiciones de alta temperatura de impulsión de agua hasta 75ºC. En todos ellos, el resultado principal que se ha considerado ha sido el de eficiencia, lo que ha permitido obtener un orden de las tipologías estudiadas en función de los resultados obtenidos. A pesar de esto, esta evaluación también ha puesto de manifiesto otra característica intrínseca a cada uno de ellos como es su límite de funcionamiento en relación con la máxima temperatura de impulsión de calefacción. Tras ello, se ha construido un prototipo de bomba de calor funcional completo para ejecutar la fase experimental, que incluya hasta tres de las tipologías evaluadas en la fase teórica previa, para que, con todos los ensayos pertinentes, los resultados permitan seleccionar la tipología de circuito de refrigerante que se integre en un prototipo final. Este prototipo permitirá caracterizar el funcionamiento del sistema tanto para una plataforma aire-agua, como para una plataforma salm / [CA] Les regulacions mediambientals imposen l'ús de refrigerants amb cada vegada menor Poder d'Escalfament Atmosfèric (PCA), i obliguen a que la recerca de refrigerants alternatius als actuals sigui una necessitat real d'acord amb les tendències del sector. El pas dels refrigerants actuals a l'utilització de refrigerants alternatius no és immediat ni tampoc fàcil. La complexitat a nivell tecnològic és molt elevada, ja que l'ús d'un nou refrigerant exigeix dissenyar i desenvolupar de zero tots els components del circuit, tenint en conta que tenen unes especificacions i requeriments de funcionament totalment diferents dels que posseeixen els refrigerants actuals. La motivació principal de la tesi doctoral és la de plantejar el primers passos per al desenvolupament d'un equip de bomba de calor per a climatització que utilitzi un refrigerant amb un baix índex de PCA com el propà, en substitució del què empra la unitat actualment (R410A), reduint així l'impacte mediambiental de l'equip i millorant les seves propietats. Tot això es troba inclòs en els següents punts: - Anticipar el canvi de tecnologia necessari per al compliment de la regulació F-GAS, assegurant menors emissions per al medi ambient i mantenint l'eficiència energètica actual mitjançant el desenvolupament d'equips de bomba de calor amb capacitat de modulació i amb propà com a fluid refrigerant. - Desenvolupar ferramentes de modelatge i simulació per a les diferents plataformes objectiu. - Obtenir el coneixement específic sobre el comportament de la bomba de calor mitjançant l'anàlisi experimental amb prototips funcionals en les condicions de treball especificades, amb la intenció de conèixer el seu funcionament, a més de les seues limitacions i exigències pràctiques i les seues necessitats de control. - Facilitar el disseny i desenvolupament industrial de nous equips de climatització mitjançant les ferramentes de simulació i les dades experimentals obtingudes a través de prototips funcionals. Motivada per aquest nou escenari, aquesta tesi es centra a estudiar quines possibilitats hi ha al mitjá-llarg termini en el desenvolupament de bombes de calor per a ajustar-se a la regulació existent, no només en relació amb el requeriments ambientals sinó també energètics. Per això, el primer pas ha sigut el de fer una substitució directa del refrigerant original de la unitat aerotèrmica, el R410A, per R290 per establir el punt de referència i poder conèixer quines prestacions és capaç de desenvolupar aquesta mateixa unitat sense un redisseny del circuit de refrigerant. Després d'aquesta primera avaluació, s'ha dut a terme un estudi teòric de diferents configuracions de circuit frigorífic amb propà per avaluar els avantatges i inconvenients entre elles, amb l'objectiu de triar la que millor s'ajusti a l'acompliment dels objectius marcats. Aquest estudi s'ha efectuat en tres àmbits diferents: calefacció a baixa temperatura, alta temperatura i condicions d'alta temperatura d'impulsió d'aigua fins a 75ºC. En tots ells, el resultat principal que s'ha considerat ha sigut el d'eficiència, el que ha permès obtenir un ordre de les tipologies estudiades en funció dels resultats obtinguts. Tot i això, aquesta avaluació també ha posat de manifest una altra característica intrínseca a cada un d'ells com és el seu límit de funcionament en relació amb la màxima temperatura d'impulsió de calefacció. Després d'això, s'ha construït un prototip de bomba de calor funcional complet per executar la fase experimental, que inclogui fins a tres de les tipologies avaluades en la fase teòrica prèvia, perquè, amb tots els assajos pertinents, els resultats permeten seleccionar la tipologia de circuit de refrigerant que s'integri en un prototip final. Aquest prototip permetrà caracteritzar el funcionament de sistema tant per a una plataforma aire-aigua, com per a una plataforma salmorra-aigua, a través del canvi del bescanviador / [EN] Environmental regulations impose the use of refrigerants with less and less Global Warming Potential (GWP), and force that the search for alternative refrigerants in order to substitute the current ones is a real need according to the trends in the sector. The transition from current refrigerants to the use of alternative refrigerants is neither immediate nor simple. The complexity at the technological level is very high, since the use of a new refrigerant requires a new design and a new development for all the components along the refrigerant circuit, since they may have totally different specifications and operating requirements compared to the traditional refrigerants. The main motivation of this thesis is to present the initial stages concerning the development of a heat pump unit for space heating that uses a lo GWP refrigerant like propane, replacing the current refrigerant of the unit (R410A), leading to a reduction of the environmental impact of this equipment and improving its properties. All this has been included on the following points: - Anticipate the required technology change to be compliant with the F-GAS regulation, ensuring low-impact emissions to the atmosphere and keeping a similar energy efficiency through the development of heat pump units with heating capacity modulation and with propane as refrigerant. - Develop modelling and simulation tools for the different platforms approaches. - Obtain specific knowledge about the heat pump performance through experimental analysis with functional prototypes under the specified working conditions, with the aim of acquiring knowledge not only about its operation, but also about its limitations, practical requirements and its control needs. - Contribute to the industrial design and development of new space heating equipment using simulation tools and experimental data obtained through functional prototypes. Motivated by this new scenario, this thesis focuses on studying the available options in the medium-long term concerning the heat pump development in order to be compliant with the applicable regulations, not only in terms of environmental requirements but also energy requirements. To do this, the first step has been related to carry out a direct replacement of the original refrigerant of the aerothermal unit, R410A, with R290 to establish the reference point and to be able to know the performance of the original unit without considering a redesign of the refrigerant circuit. After this initial evaluation, a theoretical study of different refrigerant circuit configurations with propane has been carried out with the purpose of evaluating the advantages and disadvantages among them, in order to choose the one that fulfils the performance requirements the best. This study has been executed in three different areas: low heating temperature, high heating temperature and high water flow temperature conditions up to 75ºC. In all of them, the main result considered has been the efficiency, which has enabled to obtain a priority order based on the results obtained. Despite this, this evaluation has also revealed another attached feature, such as their operating limit in relation to the maximum heating flow temperature. After that, a complete functional heat pump prototype has been built to execute the experimental phase, which includes up to three of the typologies evaluated in the previous theoretical phase, so that, with all the corresponding tests, the results allow to select the typology of refrigerant circuit to be integrated into a final prototype. This prototype has also enabled the performance characterization for two different types of platforms, air-water and brine-water, by changing of the corresponding exchanger using cutting valves. In parallel to this, a certain phenomenon related to the behaviour of the refrigerant have been studied through different operating conditions for each typology as well as the proper measures to improve the system control. As / López Juárez, E. (2021). Desarrollo de una bomba de calor doméstica que usa propano como fluido de trabajo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174570 / TESIS

The thesis describes the various ventilation and air conditioning systems used to maintain suitable, temperature-humidity parameters of air in office buildings. The thesis deals with their advantages and disadvantages and assessing the suitability of using several systems for the application. The main task is to choose the most suitable system and it's calculation. For the actual system design is needed to detect a heat loss and gains the specified object and calculate the minimum amount of ventilation air. There will also be given psychrometric calculation of a device and drawing documentation, including draft of an engine room.

The aim of this diploma thesis is to design the air conditioning system for one floor of the offices. The thesis is divided into theoretical, computational and design part. The computational part consists in determining the amount of ventilation air, calculation of heat losses, heat gains and psychrometric calculations for summer and winter season. Based on the calculated values, air ducts, end-points and air-conditioning units are designed. The diploma thesis is supplemented with a list of materials and drawing documentation.

Singapore is a country that is currently highly dependent on import of oil and gas. In order to be able to shift into a more sustainable energy system, Singapore is investing in research regarding different technologies and systems so as to establish more sustainable energy solutions. Seeing how air-conditioning accounts for approximately 30 % of Singapore’s total energy consumption, a feasibility study is being conducted on whether an integrated system using a thermally active building system (TABS) and desiccant evaporative cooling system (DECS) can replace the air-conditioning system. The question which is to be discussed in this thesis is whether solar and wind power can be financially feasible in Singapore and if they can be utilized in order to power the integrated system.   The approaching model consists of a financial feasibility study of the different technologies and a theoretical test-bedding, where the suitability of the technologies to power the TABS and DECS is tested. The financial feasibility is estimated by calculating the payback period and using the net present value method. A model designed in a digital modeling software is used for the test-bedding. Measurements from a local weather station are used for estimating the solar radiance and wind speeds in Singapore. The results show that solar PV panels could be feasible in Singapore but that technological improvements as well as governmental subsidies are needed in order to make it profitable enough to attract investors. As for wind power, the wind conditions are not favorable enough, in terms of wind speed and wind frequencies, for small wind turbines that currently exist on the market to be able generate enough electricity to make the investment somewhat feasible. Solar thermal collectors and solar PV are given certain conditions suitable for powering the TABS and DECS.

本論文では，電力利用率向上と需給バランス調整に寄与する蓄電池付太陽光PCSの新たな制御法について検討を行い，その有効性を確認している。受電点の潮流に応じてPCSの力率を制御することで，逆潮流時には系統電圧の上昇を抑制しつつ，順潮流時には負荷への電力利用率を向上する手法を提案し，フィールド試験により有効性を定量評価した。また，受電電力の制御目標値を可変とする制御を用い目標値を最適化することで，新たな機器を付加する必要なく上げ下げのDRに対応し需給バランスを調整する制御手法を提案し，その有効性をシミュレーションおよび実機により検証した。 / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Gebäudeenergiemodells (BEM) und eines Schemas für die mittlere Strahlungstemperatur ($T_mrt$) vorgestellt, das in das Doppel-Canyon basierte städtische Bestandsschichtsschema (DCEP) integriert ist. Das erweiterte DCEP-BEM Modell zielt darauf ab, eine Verbindung zwischen anthropogener Wärme und dem Stadtklima herzustellen, indem Gebäude in Straßenschluchten einbezogen werden, um die Energieflüsse auf städtischen Oberflächen, die Auswirkungen der anthropogenen Wärme auf die Atmosphäre, die Innenraumlufttemperatur und die Abwärme von Klimaanlagen zu untersuchen. Das DCEP-BEM wird mit dem mesoskaligen Klimamodell COSMO-CLM (COnsortium for Small-scale MOdelling in CLimate Mode, im Folgenden CCLM) gekoppelt und zur Simulation des Winters und Sommers 2018 in Berlin. Die Auswertung der Wintersimulationen zeigt, dass CCLM/DCEP-BEM den mittleren Tagesverlauf der gemessenen turbulenten Wärmeströme gut reproduziert und die simulierte 2-m-Lufttemperatur und den städtischen Wärmeinseleffekt (UHI) verbessert. Im Sommer bildet das CCLM/DCEP-BEM die Innenraumlufttemperatur richtig ab und verbessert die Ergebnisse für die 2-m-Lufttemperatur und die UHI leicht. Außerdem wird das CCLM/DCEP-BEM angewendet, um die Abwärmeemissionen von Klimaanlagen im Sommer zu untersuchen. Die Abwärmeemissionen der Klimaanlagen erhöhen die Lufttemperatur in Oberflächennähe erheblich. Der Anstieg ist in der Nacht und in hochurbanisierten Gebieten stärker ausgeprägt. Es werden zwei Standorte für die AC-Außengeräte betrachtet: entweder an der Wand eines Gebäudes (VerAC) oder auf dem Dach eines Gebäudes (HorAC). Die Auswirkung von HorAC ist im Vergleich zu VerAC insgesamt geringer, was darauf hindeutet, dass HorAC einen kleineren Einfluss auf die oberflächennahe Lufttemperatur und den UHI hat. Ein Schema für $T_mrt$ wird für das CCLM/DCEP-BEM entwickelt und umfassend validiert. Es wird gezeigt, dass dieses Schema eine zuverlässige Darstellung von $T_mrt$ bietet. / This work presents the development of a building energy model (BEM) and a mean radiant temperature ($T_mrt$) scheme integrated in the urban canopy scheme Double Canyon Effect Parametrization (DCEP). The extended DCEP-BEM model aims to establish a link between anthropogenic heat emissions and urban climate by including the interior of buildings in urban street canyons to investigate the energy fluxes on urban surfaces, the effects of anthropogenic heat on the atmosphere, the evolution of indoor air temperature, and waste heat from air conditioning (AC) systems. DCEP-BEM is coupled with the mesoscale climate model COSMO-CLM (COnsortium for Small-scale MOdelling in CLimate Mode, hereafter CCLM) and applied to simulate the winter and summer 2018 of Berlin. The evaluation for winter simulations indicates that CCLM/DCEP-BEM reproduces well the average diurnal characteristics of the measured turbulent heat fluxes and considerably improves the simulated 2-m air temperature and urban heat island (UHI). In summer, CCLM/DCEP-BEM accurately reproduces the indoor air temperature, and slightly improves the performance of the 2-m air temperature and the UHI effect. Furthermore, CCLM/DCEP-BEM is applied to explore the waste heat emissions from AC systems in summer. AC waste heat emissions considerably increase the near-surface sensible heat flux and air temperature. The increase is more pronounced during the night and in highly urbanised areas. Two locations for the AC outdoor units are considered: either on the wall of a building (VerAC) or on the rooftop of a building (HorAC). The effect of HorAC is overall smaller compared to VerAC, indicating that HorAC has a smaller impact on the near-surface air temperature and the UHI effect. A $T_mrt$ scheme is developed for CCLM/DCEP-BEM and extensively evaluated. It is shown that this scheme provides a reliable representation of $T_mrt$.