[ES] El panorama de cambio climático y de escasez de recursos energéticos fósiles exige un cambio urgente de los modelos de habitar. Para la adaptación de los edificios a este cambio de paradigma es necesario reducir el impacto energético de su utilización de una forma controlada. El alcance de este objetivo precisa de bases metodológicas contrastadas y herramientas útiles y eficaces. La tesis de investigación desarrolla y analiza tres metodologías de caracterización del comportamiento térmico de los edificios existentes. Estas metodologías consideran el empleo de técnicas de monitorización térmica y simulación energética, diferentes escenarios futuros de cambio climático y el empleo de tecnologías de escaneado térmico tridimensional, para la creación y el ensayo predictivo de modelos térmicos de edificios. Cada una de estas metodologías ha sido aplicada a un caso de estudio diferente. Los ensayos de simulación que se han realizado, junto a los análisis y las discusiones de los resultados que se han obtenido, han permitido conocer los resultados de cada una de estas metodologías. Los dos primeros casos del estudio caracterizan el comportamiento térmico de edificios tradicionales en un clima mediterráneo, así como comportamientos futuros bajo diferentes escenarios de cambio climático. El tercer caso ensaya una metodología de monitorización que incluye la utilización de modelos termográficos tridimensionales que proporciona un mayor rendimiento operacional en los procesos de modelado energético y nuevas opciones de calibración de los modelos térmicos de edificios. / [CA] El canvi climàtic i d'escassetat de recursos energètics fòssils exigeixen un canvi urgent dels models d'habitar. Per a l'adaptació dels edificis a aquest canvi de paradigma és necessari reduir l'impacte energètic de la seua utilització d'una forma controlada. Aconseguir aquest objectiu necessita bases metodològiques contrastades i eines útils i eficaces. La investigació desenvolupa i analitza tres metodologies de caracterització del comportament tèrmic dels edificis existents. Aquestes metodologies consideren l'ús de tècniques de monitoratge tèrmic i simulació energètica, diferents escenaris futurs de canvi climàtic i l'ús de tecnologies d'escanejat tèrmic tridimensional, per a la creació i l'assaig predictiu models tèrmics d'edificis. Cadascuna d'aquestes metodologies ha sigut aplicada a un cas d'estudi diferent. Els assajos de simulació que s'han realitzat, al costat de les anàlisis i les discussions dels resultats obtinguts, ens han permés conéixer l'abast de cadascuna d'aquestes metodologies. Els dos primers casos de l'estudi caracteritzen el comportament tèrmic d'edificis tradicionals en un clima mediterrani, així com comportaments futurs baix diferents escenaris de canvi climàtic. El tercer cas assaja una metodologia de monitoratge que inclou la utilització de models termogràfics tridimensionals que proporciona un major rendiment operacional en els processos de modelatge / [EN] The climate change scenario and fossil energy resource scarcity urgently require a change in the patterns of living. To adapt buildings to this paradigm shift, it is necessary to reduce the energy impact of their use in a controlled manner. The achievement of this objective requires tested methodological bases and useful and effective tools. The research thesis develops and analyzes three methodologies for characterizing the thermal behavior of existing buildings. These methodologies consider the use of thermal monitoring and energy simulation techniques, different future climate change scenarios and the use of three-dimensional thermal scanning technologies, for the creation and predictive testing of thermal models of buildings. Each of these methodologies has been applied to a different case study. The simulation tests that have been carried out, together with the analyzes and discussions of the results obtained, have allowed us to know the scope of each of these methodologies. The first two cases of the study characterize the thermal behavior of traditional buildings in a Mediterranean climate, as well as future behavior under different climate change scenarios. The third case tests a monitoring methodology that includes the use of three-dimensional thermographic models that provide greater operational performance in energy modelling processes and greater possibilities for calibrating the thermal models of buildings. / Pérez Andreu, V. (2023). Análisis metodológico y experimental de modelos térmicos de edificios existentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202612

Tesis por compendio / [ES] La energía, la comunicación y la informática son componentes fundamentales de la sociedad moderna, ya que sientan las bases para el desarrollo tecnológico y el crecimiento económico. La estrecha interrelación entre estos pilares se ha hecho cada vez más evidente en los últimos años, a medida que los avances en computación y análisis de datos han permitido nuevos enfoques de gestión y sostenibilidad de la energía. En este contexto, el uso eficiente de la energía se ha convertido en un objetivo clave para los investigadores, los responsables políticos y las empresas por igual. Al aprovechar el poder de las técnicas informáticas y de aprendizaje automático (ML), es posible destacar los desafíos de asegurar los sistemas de energía y optimizar el uso de la energía, lo que lleva a la necesidad de técnicas avanzadas como algoritmos bio-inspirados y redes neuronales. Esta tesis doctoral tiene como objetivo analizar los programas y estrategias de gestión de la carga, el consumo y la demanda en el panorama energético actual. El núcleo central presenta un estudio exhaustivo sobre la integración de algoritmos bio-inspirados, como la optimización de enjambres de partículas (PSO) y los modelos de redes neuronales artificiales (ANN) en los sistemas de gestión de la carga para hacer frente a los retos de la gestión de la carga y utilizar la energía de forma eficiente y segura. El cuerpo principal de esta tesis comprende tres publicaciones científicas, cada una de las cuales corresponde a una etapa distinta dentro del marco general de investigación de este estudio: la primera etapa propone un sistema de monitorización de bajo coste para aplicaciones energéticas que introduce un sistema SCADA basado en web rentable que era un del 80% más barato que una solución similar. La arquitectura de bajo coste propuesta, diseñada para bancos de pruebas de microrredes, ofrece monitorización en tiempo real, accesibilidad remota y control fácil de usar para aplicaciones académicas y de investigación. La segunda etapa combina la optimización híbrida de enjambre de partículas (PSO) en cascada con redes neuronales feed-forward para pronosticar y optimizar con precisión la demanda de energía en una microrred en AC, mejorando la integración de fuentes de energía renovables como gasificación de biomasa. Los resultados muestran que el modelo PSO-ANN propuesto tiene un rendimiento un 23,2% mejor en términos de MSE que los modelos de RNA de retropropagación feed-forward (FF-BP) y propagación directa en cascada (CF-P). La tercera y última etapa se centró en un sistema inteligente de gestión de la carga reforzado con criptografía híbrida para garantizar la comunicación protegida y la privacidad de los datos, abordando así de manera efectiva los desafíos de seguridad energética en entornos residenciales. Los resultados mostraron que el modelo propuesto de Gestión de Carga aplicado a Sistemas Residenciales de Seguridad (SRS-LM) fue un 37% mejor en rendimiento (costo de energía, utilización de energía, tiempo computacional) y con una reducción de carga máxima del 60% en comparación con un modelo de Medidor de Energía Inteligente Universal (USEM). / [CA] L'energia, la comunicació i la informàtica són components fonamentals de la societat moderna, ja que establixen les bases per al desenvolupament tecnològic i el creixement econòmic. L'estreta interrelació entre estos pilars s'ha fet cada vegada més evident en els últims anys, a mesura que els avanços en computació i anàlisi de dades han permés nous enfocaments de gestió i sostenibilitat de l'energia. En este context, l'ús eficient de l'energia s'ha convertit en un objectiu clau per als investigadors, els responsables polítics i les empreses per igual. En aprofitar el poder de les tècniques informàtiques i d'aprenentatge automàtic (ML), és possible destacar els desafiaments d'assegurar els sistemes d'energia i optimitzar l'ús de l'energia, la qual cosa porta a la necessitat de tècniques avançades com a algorismes bio-inspirats i xarxes neuronals. Esta tesi doctoral té com a objectiu analitzar els programes i estratègies de gestió de la càrrega, el consum i la demanda en el panorama energètic actual. El nucli central presenta un estudi exhaustiu sobre la integració d'algorismes bio-inspirats, com l'optimització d'eixams de partícules (PSO) i els models de xarxes neuronals artificials (ANN) en els sistemes de gestió de la càrrega per a fer front als reptes de la gestió de la càrrega i utilitzar l'energia de manera eficient i segura. El cos principal d'esta tesi comprén tres publicacions científiques, cadascuna de les quals correspon a una etapa diferent dins del marc general d'investigació d'este estudi: la primera etapa proposa un sistema de monitoratge de baix cost per a aplicacions energètiques que introduïx un sistema SCADA basat en web rendible que era un del 80% més barat que una solució similar. L'arquitectura de baix cost proposada, dissenyada per a bancs de proves de microxarxes, oferix monitoratge en temps real, accessibilitat remota i control fàcil d'usar per a aplicacions acadèmiques i d'investigació. La segona etapa combina l'optimització híbrida d'eixam de partícules (PSO) en cascada amb xarxes neuronals feed-forward per a pronosticar i optimitzar amb precisió la demanda d'energia en una microxarxa en AC, millorant la integració de fonts d'energia renovables com a gasificació de biomassa. Els resultats mostren que el model PSO-ANN proposat té un rendiment un 23,2% millor en termes de MSE que els models d'RNA de retropropagació feed-forward (FF-BP) i propagació directa en cascada (CF-P). La tercera i última etapa es va centrar en un sistema intel·ligent de gestió de la càrrega reforçat amb criptografia híbrida per a garantir la comunicació protegida i la privacitat de les dades, abordant així de manera efectiva els desafiaments de seguretat energètica en entorns residencials. Els resultats van mostrar que el model proposat de Gestió de Càrrega aplicat a Sistemes Residencials de Seguretat (SRS-LM) va ser un 37% millor en rendiment (cost d'energia, utilització d'energia, temps computacional) i amb una reducció de càrrega màxima del 60% en comparació amb un model de Mesurador d'Energia Intel·ligent Universal (USEM). / [EN] Energy, communication, and computing are critical components of modern society, providing the foundation for technological development and economic growth. The close interrelation between these pillars has become increasingly apparent in recent years, as computing and data analysis advances have enabled new energy management and sustainability approaches. In this context, efficient energy usage has become a key focus for researchers, policymakers, and businesses alike. By harnessing the power of computing and machine learning (ML) techniques, it is possible to highlight the challenges of securing energy systems and optimizing energy usage, leading to the need for advanced techniques such as bio-inspired algorithms and neural networks. This doctoral thesis aims to analyse load consumption and demand management programs and strategies in the current energy landscape. The central core presents an study on integrating bio-inspired algorithms, such as particle swarm optimization (PSO) and artificial neural networks (ANN) models in load management systems to meet load management challenges and use energy efficiently and securely. The main body of this thesis comprises three scientific publications, each corresponding to a distinct stage within the overarching research framework of this study: the first stage covers the proposal of a low-cost architecture in energy systems introducing a cost-effective web-based SCADA system that was over 80% cheaper than a similar solution. The proposed low-cost architecture, tailored for microgrid testbeds, offers real-time monitoring, remote accessibility, and user-friendly control for academic and research applications. The second stage combined a cascade hybrid Particle Swarm Optimization (PSO) with feed-forward neural networks to accurately forecast and optimize energy demand in an AC microgrid, notably enhancing the integration of renewable energy sources like biomass gasification. The results showed that the proposed PSO-ANN model performs 23.2% better in terms of MSE than Feedforward Backpropagation (FF-BP) and Cascade forward propagation (CF-P) ANN models. The third and final stage focused on a smart load management system fortified with hybrid cryptography to ensure protected communication and data privacy, thereby effectively addressing energy security challenges in residential settings. Results showed that the proposed Security Residential System Load Management (SRS-LM) model was 37% better in performance (power cost, power utilization, computational time) and with a 60% peak load reduction compared to a Universal Smart Energy Meter (USEM) model. / Chiñas Palacios, CD. (2024). Bio-Inspired Algorithms and Artificial Neural Networks Applied to Smart Load Management Systems to Optimize Energy Usage [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203128 / Compendio

In the international context, this research analyzes the state of the art of scientific discussion, the action exerted by national and local governments through regulations, and the opinion of professionals in the field of construction of buildings in relation to the implementation of energy efficiency measures in buildings. In general, the interest in the different areas has been driven primarily by: 1) the worldwide increased energy consumption in buildings, emphasizes by an increasingly urbanized world and the resource scarcity for power generation, primarily fossil fuels; 2) the increase in greenhouse gas emissions related to the buildings' construction and operation; and 3) the thermal behaviour of the building's envelope, which determines the energy demand for thermal conditioning; mainly for heating in winter and cooling in summer. The foregoing has resulted in the implementation of different types of energy efficiency measures in the building sector around the world. On the one hand, through mandatory measures, driven by national and local governments through building codes; mandatory measures require that when building a new building or refurbishing an existing one, the architects, private developers, or builders must comply with building standards that govern the thermal performance of the different elements of the buildings' thermal envelope. On the other hand, by implementing voluntary measures, such as international certification systems, established by non-governmental institutions, aimed at legitimizing the efforts of building owners, design teams, and builders to design, build, and operate buildings in an environmentally friendly way. The latter has triggered an international trend and an increasing demand for certification of the so-called "green buildings". Such independent certification systems seek to reduce the environmental impact of activities in the construction sector. In the Chilean context, this research analyzes the relationship between two main pillars of the Chilean economy, the energy sector and the private housing sector. Particularly, this research focuses on the implementation of energy efficiency measures in the private housing market in Santiago, the Chilean capital. From the energy perspective, the high vulnerability for power generation by the dependence on the provision of gas from neighbouring countries and periods of drought affecting hydroelectric power generation, has led to the Chilean government intervention. Government intervention is centred on two main lines of action: 1) the diversification of the country's energy matrix, through the implementation of alternative systems for power generation based on non-conventional renewable energy sources; and 2) the implementation of energy efficiency measures. In the construction sector, the latter is expressed by the entry into force of the New Thermal Regulations for new residential buildings in three stages in the building code since 2000. With the implementation of new regulations in the construction sector in the Chilean context and the growing demand for green building in the international context, private real estate companies and construction companies, which are the backbone of the construction sector in Chile, have reacted by offering energy efficient real estate products in Santiago de Chile. Based on the foregoing, arises the main question leading this doctoral thesis: How do real estate developers apply energy efficiency in their housing offer in Santiago de Chile? The main research question is further refined by three sub questions: 1) who are the real estate developers that are adopting energy efficiency and why? This is a compound question, first it seeks to identify real estate companies adopting energy efficiency measures in Santiago de Chile’s private housing market; then it looks into the motivations for doing so; 2) what types of energy efficiency measures are real estate companies adopting? This sub-research question seeks to identify the adopted residential energy efficiency strategies; and 3) which barriers to further implementation of energy efficiency exist? It seeks to identify the setbacks found by energy efficiency adopters in the implementation process, in order to understand local issues in the adoption process. The Case Study and Selection of Sub-Cases for the Analysis The research focuses on the voluntary implementation of residential energy efficiency measures in the private housing market; moreover, it analyzes the case of Santiago de Chile. Therefore, the focus is set on real estate companies that offer energy efficient housing in their offer for real estate products in the metropolitan region. The selection of embedded sub-cases for the analysis, or sub-cases, was made by applying a criterion sampling strategy known as purposive sampling. For this, a thorough review of 568 private real estate companies' websites, offering different real estate products in the Metropolitan Region of Santiago de Chile between June and July 2011, was performed. Out of this group, a set of 45 companies that offering energy efficient homes mentioned were selected. Later on, personal interviews mainly with general managers of real estate development companies and other actors considered key informants because of their knowledge in the field, such as scholars, representatives from public institutions, other public and private research centres, and practitioners, were conducted between April and May 2012. Main Methods and Data Analysis Research is conducted under a qualitative approach, as it focuses primarily on the opinion of real estate companies’ CEOs and other key informants considered information rich when helping answering the research questions. The main tool for data analysis was the thematic content analysis. Main Findings The main results of this research are structured on the basis of the answering the secondary research questions or sub-questions. Who are the real estate developers that are adopting energy efficiency and why? As it was mentioned above, the first part of this compound sub-question seeks to identify the real estate companies that are implementing residential energy efficiency measures in their offer in the housing market in Santiago de Chile. A set of 45 real estate companies were identified because they mentioned to be applying some sort of energy efficiency measures. This was a rather small group since, at that time, 568 real estate companies were offering housing products. Based on the empirical findings, a categorization of real estate companies following the Roger’s model was conducted. Thus, real estate companies were categorized depending on when they began adopting residential energy efficiency measures in their housing offer. The three stages of the New Thermal Regulation issued for the housing sector in Chile were selected as time-milestones for defining the adopter categories. Accordingly, three main categories emerged following Roger’s model. 1) Innovators, includes real estate companies who adopted energy efficiency measures for the first time before the entry into force of the first stage of the NRT in 2000; 2) Early Adopters, groups real estate companies who adopted residential energy efficiency measures for the first time between the first and second stage of the New Thermal Regulation, that is to say between 2001 and 2007; and 3) Early Majority, includes real estate companies who began to apply residential energy efficiency measures starting in 2008, meaning after the second stage of New Thermal Regulation came into force. The empirical evidence suggests that the adoption process of energy efficiency measures has started following the normal development described by Rogers' innovation curve. Therefore, it is expected that the rest of the real estate developers operating in the private housing market in Santiago de Chile will eventually follow the Innovators, Early Adopters, and Early Majority categories. This is mainly due to the recent introduction of thermal regulation by the government and because the housing market is a highly competitive market, in which none of the players can risk to be left behind. The second part of the sub-research question, and probably the most important one, seeks to understand the motivations for real estate companies to offer and implement energy-efficient real estate products in Santiago de Chile’s private housing market. This research identifies the motivations of real estate development companies in the opinion of their managers collected in personal semi-structured interviews conducted during fieldwork. Based on the thematic analysis of the abovementioned interviews, four categories of motivations for offering and applying energy efficiency were identified based on the company managers’ opinion. These categories, in order of preference are: 1) Market Differentiation Strategies (Competitiveness and Trending); 2) Company Policies (Client-Oriented Policies, Innovation Policies, and Environmentally-friendly Policies); 3) Resource efficiency (Reduction of Household\'s Expenses and Concerns for Energy Scarcity); and 4) Government Incentive Schemes (Subsidies to the Use of Renewable Energy). Briefly, the main motivations for adopting energy efficiency measures in the private housing offer are related to marketing strategies. In general, real estate companies operating in Santiago de Chile are looking to distinguish themselves from their competitors by offering energy-efficient housing products. This is mainly because real estate companies are following a trend that is driven by several factors such as: local energy shortage periods, the international influence of green buildings in the real estate market, and the growing demand for international certifications in the Chilean context. What types of energy efficiency measures are real estate companies adopting? As mentioned earlier, this research identifies real estate companies offering energy-efficient housing in the private real estate market of Santiago de Chile who implemented a diversity of energy efficiency strategies in their housing supply, as the empirical evidence shows. Although the motivations for implementing energy efficiency measures are diverse (as described previously), energy efficiency measures are mainly implemented in order to reach a comfort temperature inside the dwelling, making all possible efforts to ensure that energy is used efficiently. In the case of the residential buildings, this means looking for the optimal use of energy for space heating or cooling, lighting, hot sanitary water, and ventilation. In general, depending on whether there is the need to make an additional energy effort in order to achieve optimum indoor comfort conditions, the energy efficiency measures implemented in the private housing sector in Santiago de Chile can be grouped into two main categories of energy efficiency strategies: passive design strategies and active design strategies. On the one hand, passive design strategies refer to what real estate developers are doing to reduce the energy consumption of their housing buildings. Such strategies include: 1) improving the overall thermal performance of the building envelope; 2) the use of renewable energy, mainly solar thermal and photovoltaic technology, for hot sanitary water and energy conversion respectively; and 3) bioclimatic design and construction principles. As it was mentioned in Section 6.1, a basic characteristic of passive design strategies, distinguishing them from active design strategies, is that in order to operate they rely on the building site and the inherited thermal properties of the building materials used in the different housing building typologies. On the other hand, active design strategies refer to the technological innovations implemented in order to maintain an optimal indoor thermal conditioning and to reduce the energy used in the different buildings’ systems; namely, 1) illumination systems; 2) heating systems; 3) centralized control systems; and 4) air conditioning systems. In general, real estate developers adopted active design strategies as a complement to the use of passive design strategies. Not surprisingly, real estate developers have mentioned the improvement of the thermal envelope as the most commonly used residential energy efficiency strategy. This results from the fact that internationally and in Chile, regulations in the housing sector were implemented in order to improve the thermal behaviour of dwellings, and therefore, their energy efficiency. Finally, a third type of energy efficiency strategy adopted by real estate developers in Santiago de Chile is the result of a public-private partnership between the Chilean Government and the Chilectra, the local electricity utility. The initiative is called “Chilectra – Full Electric Buildings” and it offers an optional electrical energy tariff for residential consumers. This strategy is further explained in Section 6.3. Which barriers to further implementation of energy efficiency exist? Based on the opinion of the various key stakeholder involved in this research, this research shows that most barriers to energy efficiency in the private housing sector in Santiago de Chile interact and strengthen each other. The classification of barriers to further implementation of energy efficiency is not straightforward. Nonetheless, in the opinion of real estate companies’ managers, the barriers to adopting energy efficiency measures in the private housing market in Santiago de Chile revolve around the specific characteristics of the local social system. These barriers are: 1) market barriers; 2) organizational barriers; 3) institutional barriers; and 4) behavioural barriers. In relation to the categorization of energy efficiency adopters identified in the first sub-question, the empirical evidence seems to indicate that, not all the barriers play the same role for all adopter categories. In general, market barriers are most relevant to the innovators group. Although most of the real estate developers mentioned that even today the local market and the local construction industry are not ready to provide adequate support (both in the availability of products and services) for further development of the market for energy efficient construction, the deficiency was greater 20 years ago, when the innovators first started to implement residential energy efficiency measures in the private housing sector. Moreover, the other barriers encountered (namely organizational and institutional barriers) are transversal to the adopter categories. This seems to drawn from the organizational and institutional characteristics of the context in which private real estate companies operate. The context remains constant over time and their internal relationships are also maintained, homogeneously affecting all adopter categories. Finally, barriers related to end users and/or clients’ behaviour are mainly listed by early majority adopters, which comprises developers who implement residential energy efficiency measures recently (after 2000). Apparently, this results mainly from the fact that end user are lacking information about the benefits (general and local) to be gained from implementing residential energy efficiency measures.:Acknowledgements ... p.5 Abstract ... p.7 Contents ... p.13 List of Figures... p.17 List of Tables ... p.19 List of Abbreviations ... p.21 1 Introduction ... p.27 1.1 Problem Statement ... p.27 1.2 Rationale and Aims of the Research ... p.31 1.3 Thesis Structure ... p.34 2 The Construction Sector at the Heart of the Chile\'s Energy Challenges ... p.37 2.1 The Chilean Construction Sector ... p.37 2.1.1 Background and Regulatory Framework ... p.38 2.1.2 Local Supply for Construction Services ... p.41 2.1.3 Demand for Construction Services ... p.47 2.2 The Private Housing Market in Santiago de Chile ... p.50 2.2.1 Characterisation of the Housing Demand ... p.51 2.2.2 Local Land Market and Housing Market Dynamics ... p.60 2.2.3 The Role of the State ... p.61 2.3 Chile’s Energy Challenge ... p.64 2.4 Raising Questions ... p.69 3 Research Design and Methods ... p.73 3.1 Research Design ... p.73 3.2 Sampling and Sub-cases Selection ... p.76 3.3 Primary Data Collection ... p.81 3.4 Data Analysis ... p.88 3.4.1 Transcription ... p.88 3.4.2 Interview Analysis ... p.90 3.4.3 Document Analysis ... p.93 3.5 Identification of Key Stakeholders and Interview Partners ... p.96 4 Energy Efficiency Standards for Residential Buildings ... p.99 4.1 Defining Energy Efficiency – The Wider Context ... p.100 4.2 Government-initiated Instruments – Building Codes and Energy Standards ... p.103 4.2.1 Regulatory Instruments ... p.104 4.2.2 Types of Regulations ... p.109 4.2.3 Thermal Zoning ... p.113 4.2.4 Information Instruments ... p.115 4.2.5 Economic Incentive Schemes ... p.121 4.2.6 Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) Systems ... p.123 4.2.7 Renewable Energy ... p.125 4.3 Voluntary Instruments – Beyond the Building Codes ... p.128 4.3.1 The Shift Towards Green Buildings ... p.128 4.3.2 Green Building Certification Systems ... p.131 4.4 Regulatory Instruments in the Chilean Context ... p.148 4.4.1 Energy Efficiency in the National Energy Policy Making ... p.148 4.4.2 The Institutional Framework ... p.151 4.4.3 Energy Efficiency Standards in the Chilean Housing Sector ... p.155 4.5 Voluntary Instruments in Santiago de Chile ... p.161 4.5.1 Existing Certification Schemes ... p.161 4.5.2 Public-private Partnership ... p.164 4.6 Why Would Real Estate Companies Act Green? ... p.166 5 The Adoption of Energy Efficiency in the Private Housing Market in Santiago de Chile ... p.171 5.1 Energy Efficiency Adopters in the Private Housing Market ... p.172 5.1.1 Innovators ... p.174 5.1.2 Early Adopters ... p.175 5.2 Motivations for Applying Residential Energy Efficiency Measures ... p.179 5.2.1 Market Differentiation Strategies ... p.180 5.2.2 Company Policies ... p.182 5.2.3 Resource Efficiency ... p.186 5.2.4 Government Incentive Schemes ... p.191 6 Existing Residential Energy Efficiency Strategies ... p.195 6.1 Passive Design Strategies ... p.196 6.2 Active Design Strategies ... p.208 6.3 Public-Private Partnership ... p.212 7 Barriers to Implementing Residential Energy Efficiency Strategies ... p.217 7.1 Market Barriers ... p.218 7.2 Organizational Barriers ... p.226 7.3 Institutional Barriers ... p.229 7.4 Behavioural Barriers ... p.231 7.5 Central Challenges for the Adoption of Energy Efficiency ... p.235 8 Discussion of the Results and Implications ... p.239 8.1 Summary of Findings ... p.239 8.2 Discussion and Implications ... p.245 8.3 Recommendations ... p.250 8.4 Further Research ... p.257 References ... p.261 Annex ... p.279

El elevado impacto sobre el Medio Ambiente del sector de la producción de frío ha impulsado el uso y desarrollo de métodos de refrigeración cada vez más eficientes desde el punto de vista energético. Dentro de estos métodos se encuentran los sistemas de producción de frío por compresión en doble etapa, que se desarrollaron en el siglo XIX, y que por ahora, son utilizados principalmente en aplicaciones de media y baja temperatura de evaporación, especialmente dentro del sector de la refrigeración comercial. Dichos sistemas corresponden a una solución eficiente desde el punto de vista energético, ya que permiten la obtención de frío con valores de COP y capacidades frigoríficas superiores a las obtenidas con los sistemas de compresión simple. En la presente tesis doctoral se ha acometido un estudio experimental en profundidad de los sistemas de compresión en doble etapa basados en compresores de tipo 'compound', para lo cual se ha desarrollado una instalación propia de tipo industrial y se han analizado, a partir de los datos obtenidos, los efectos del desrecalentamiento entre etapas mediante el sistema de inyección directa de líquido y del subenfriamiento de líquido utilizando el sistema de subcooler. El análisis se fundamenta en el estudio experimental de la planta funcionando con los sistemas intermedios antes mencionados en comparación con el funcionamiento del ciclo sin utilizar ningún sistema intermedio. El refrigerante empleado ha sido el HFC-404A en el rango de temperaturas de evaporación de -36 a -20ºC y en el de condensación de 30 a 47ºC. Adicionalmente, se presentan los resultados experimentales y análisis comparativo del funcionamiento de la planta con los dos refrigerantes más habituales para el rango de media y baja temperatura de evaporación dentro el sector de la refrigeración comercial, el HFC-404A y el HFC-507A. / Llopis Doménech, R. (2008). Evaluación experimental de una planta frigorífica de doble etapa de compresión trabajando con un compresor compound. Análisis de los efectos de desrecalentamiento y subenfriamiento utilizando como fluido de trabajo el HFC-404A [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3023

Las Redes Inalámbricas de Sensores (RIS) gozan de un gran auge hoy en día, habiendo sido identificadas como una de las tecnologías más prometedoras por diversos analistas tecnológicos y revistas especializadas, debido a que dan respuesta a las exigencias actuales referentes al establecimiento de redes que cubran necesidades de comunicación de forma flexible -en tiempo y espacio- y autónoma -autoconfiguración e independencia de una estructura fija-. La posibilidad de implementar dispositivos de bajo coste y elevada duración capaces de obtener información del entorno y reenviarla de forma inalámbrica a un centro de coordinación ofrece posibilidades inimaginables en multitud de aplicaciones. En la mayoría de las aplicaciones se pretende que los nodos no requieran mantenimiento, explotando el concepto de nodos de "usar y tirar", puesto que una vez desplegados no son recuperables. En este entorno, los mayores desafíos se encuentran en minimizar dos factores fundamentales: coste y consumo, maximizando el tiempo de servicio. En los últimos años se han propuesto numerosos protocolos para RIS. Sin embargo, la mayoría de estas propuestas, o bien realizan asunciones poco realistas, o bien resultan poco escalables, lo cual se traduce en aproximaciones poco prácticas. Por otro lado, hasta la fecha se han obviado características deseables como tolerancia a fallos, seguridad y acotación de tiempos en las comunicaciones, generalmente no consideradas en la inmensa mayoría de los protocolos existentes, y cuando lo son, se obtienen sacrificando la eficiencia energética. En la presente tesis se ha propuesto una novedosa solución integral orientada principalmente a reducir el consumo de energía. La nueva arquitectura denominada EDETA (Energy-efficient aDaptative hiErarchical and robusT Architecture) es además escalable, apropiada tanto para RIS homogéneas como heterogéneas -cada vez con mayor auge-, auto-configurable, soporta de forma transparente múltiples sumideros, y proporciona características como tolerancia a fallos y tiempos acotados, sin degradar las prestaciones de la red. La arquitectura propuesta está basada en una jerarquía de dos niveles, el nivel inferior basado en clústeres, gobernado por un protocolo interno del clúster denominado Intra- Cluster-Communication y el nivel superior formado por un árbol dinámico de nodos líderes de clúster que ejecutan un protocolo entre clústeres denominado Inter-Cluster-Routing. / Capella Hernández, JV. (2010). Redes inalámbricas de sensores: Una nueva arquitectura eficiente y robusta basada en jerarquía dinámica de grupos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8417

[EN] Nowadays there are many works which analyze and seek to improve the performance of Wireless Local Area Networks (WLANs) from different perspectives. A great deal of them is focused on design aspects, such as frequency distribution or channel assignment. Therefore, as these features have already been widely studied, my efforts have been directed to study other conditions that also could affect their performance and that have not been analyzed in depth yet. The main goal of this Ph.D. dissertation has been to perform a detailed study that researches the weather's impact on the performance of WLANs IEEE 802.11b/g. Two different WLAN scenarios have been analyzed to validate the results and to find precise relations. From conclusions of these previous analysis, the second objective has been to design a cognitive protocol that based on weather conditions and network performance parameters, allows networks to adjust their transmission features in order to overcome such impact. In order to conduct this study, firstly it was necessary to study which statistical methods could be used to extract the level of correlation between performance parameters of networks and weather conditions running at the same time. Secondly, I had to know which performance parameters the outdoor WLAN of Universitat Politècnica de València (UPV) could provide, and select them according to my objective. Then, I defined the period of time in which these parameters were gathered periodically. The next step was to select and collect the weather conditions from a close weather station during the same period of time. Finally, I had to perform a detailed pre-processing to put all of the volume of data in order and data were statistically analyzed. Results were successful; however there were several problems due to the variability derived from a real WLAN scenario. Therefore, an experimental setup was required in order to check the obtained results. It entailed to design and to develop an outdoor point-to-multipoint IEEE 802.11b/g link and to analyze again the weather's impact. Multiple points were considered in order to take into account different distances in the performed evaluation and to examine the behavior of different modulation schemes working under the same weather conditions. From these results, a cognitive algorithm was designed in order to reduce the weather's impact on IEEE 802.11b/g networks. One key aspect was to ensure it was energy efficient. This protocol was simulated and the obtained results were satisfactory in terms of both energy efficiency and network performance. To conclude, other external factor to WLANs studied in this Ph.D thesis has been the specific absorption rate. It deals with a current public health worry because it is used to measure the body tissue exposure to electromagnetic fields. Obviously, signal absorption by human bodies affects to the performance of WLANs and so, this parameter should be also taken into account when deploying efficient networks. For this reason, this study has been also included in this thesis. / [ES] Hoy en día existen muchos trabajos que analizan e intentan mejorar el rendimiento de las redes de área local inalámbricas desde diferentes perspectivas. Gran parte de estos trabajos se centran en aspectos de diseño, como son la distribución de frecuencias o la asignación de canales. Por lo tanto, como estos aspectos ya han sido ampliamente estudiados, los esfuerzos de esta tesis se han dirigido a estudiar otros factores que también podrían afectar a su rendimiento y que no han sido analizadas en profundidad todavía. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido realizar un estudio detallado que analice el impacto de las condiciones meteorológicas sobre el rendimiento de las redes IEEE 802.11b/g. Para realizar este estudio, se han analizado dos escenarios reales con el fin de verificar los resultados y encontrar relaciones precisas. A partir de las conclusiones de estos análisis previos, el segundo objetivo ha sido diseñar un algoritmo cognitivo que, en base a las condiciones meteorológicas y a los parámetros de rendimiento de red, permita a las redes ajustar sus características de transmisión con el fin de superar tal impacto. Con el fin de llevar a cabo este estudio, primero fue necesario estudiar qué métodos estadísticos podían ser utilizados para extraer el nivel de correlación entre los parámetros de rendimiento de las redes y las condiciones meteorológicas del entorno. En segundo lugar, se tuvo que analizar qué parámetros de rendimiento de red se podían extraer de la red exterior de la UPV y seleccionarlos de acuerdo con el objetivo perseguido. A continuación, se definió el periodo de tiempo durante el cual se almacenarían los parámetros seleccionados de forma periódica. El siguiente paso fue seleccionar y almacenar las condiciones meteorológicas de una estación cercana durante el mismo periodo de tiempo. Finalmente, se realizó un preprocesado detallado con el fin de poner en orden todo el volumen de datos y se analizaron estadísticamente. Los resultados fueron exitosos, sin embargo aparecieron varios problemas por el hecho de estudiar una red real muy variable. Por lo tanto, se tuvo que desarrollar un escenario experimental con el fin de verificar los resultados. Para ello se diseñó y desarrolló un enlace exterior IEEE 802.11b/g punto a multipunto, y se analizó de nuevo el impacto de las condiciones meteorológicas. Se consideró un enlace multipunto para analizar también cómo influía el impacto del tiempo según la distancia y los diferentes esquemas de modulación. A partir de los resultados, se diseñó un algoritmo cognitivo energéticamente eficiente con el fin de reducir el impacto de los fenómenos meteorológicos en las redes IEEE 802.11b/g. Dicho algoritmo ha sido simulado y los resultados obtenidos han sido satisfactorios, tanto en términos de eficiencia energética como de rendimiento de la red. Para concluir, otro factor externo que se ha estudiado en esta tesis ha sido la tasa de absorción específica. Este parámetro está relacionado con una de las grandes preocupaciones actuales en cuanto a salud pública, ya que se utiliza para medir la exposición de los tejidos del cuerpo humano a los campos electromagnéticos. Obviamente, la absorción de señal por parte del cuerpo humano afecta a las redes y, por lo tanto, este parámetro se debería tener en cuenta a la hora de diseñar redes eficientes. Por esta razón se ha incluido en esta tesis doctoral. / [CA] Actualment hi ha molts treballs que analitzen i intenten millorar el rendiment de les xarxes d'àrea local sense fils des de diferents perspectives. Gran part d'aquests treballs es focalitzen en aspectes de disseny, com són la distribució de freqüències o l'assignació de canals. Per tant, com aquests aspectes ja han sigut àmpliament estudiats, els esforços d'aquesta tesi doctoral s'han dirigit a estudiar altres factors que també podrien afectar al seu rendiment i que encara no han sigut analitzats amb profunditat. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha sigut realitzar un estudi minuciós per analitzar l'impacte de les condicions meteorològiques sobre el rendiment de les xarxes IEEE 802.11b/g. Per a realitzar aquest estudi s'han analitzat dos escenaris reals per tal de verificar els resultats i trobar relacions precises. A partir de les conclusions d'aquests anàlisis previ, el següent objectiu ha sigut dissenyar un algoritme cognitiu que, en base a les condicions meteorològiques i als paràmetres de rendiment de la xarxa, permeti a les xarxes ajustar les seues característiques de transmissió per tal de superar tal impacte. Per tal de dur a terme aquest estudi, primer va ser necessari estudiar quins mètodes estadístics podien ser utilitzats per extraure el nivell de correlació entre els paràmetres de rendiment de les xarxes i les condicions meteorològiques de l'entorn. En segon lloc, es va haver d'analitzar quins paràmetres de rendiment es podien extraure de la xarxa exterior de la UPV i es van seleccionar d'acord a l'objectiu plantejat. A continuació, es va definir el període temporal al llarg del qual s'emmagatzemarien els paràmetres seleccionats de manera periòdica. El següent pas va ser seleccionar i emmagatzemar les condicions meteorològiques d'una estació propera durant el mateix període de temps. Finalment, es va realitzar un preprocessat per tal de posar en ordre tot el volum de dades i es van analitzar estadísticament. Els resultats van ser exitosos, però van aparèixer diversos problemes pel fet d'estudiar una xarxa real molt variable. Per tant, es va haver de desenvolupar un escenari experimental amb l'objectiu de verificar els resultats. Per aquesta raó es va dissenyar i implementar un enllaç exterior IEEE 802.11b/g punt a multipunt, i es va analitzar de nou l'impacte de les condicions meteorològiques. Es va considerar un enllaç multipunt per tal de d'analitzar també com influïa el impacte del temps segons la distància i els diferents esquemes de modulació. A partir d'aquests resultats, es va dissenyar un algoritme cognitiu energèticament eficient per tal de reduir l'impacte dels fenòmens meteorològics sobre les xarxes IEEE 802.11b/g. Aquest algoritme va ser simulat i els resultats obtinguts van ser satisfactoris, tant en termes d'eficiència energètica com de rendiment de la xarxa. va comprovar que la proposta aporta millores. Per concloure, un altre factor extern que s'ha estudiat en aquesta tesi doctoral ha sigut la taxa d'absorció específica. Aquest paràmetre està relacionat amb una de les preocupacions actuals pel que fa a la salut pública, ja que s'utilitza per a mesurar l'exposició dels teixits del cos humà als camps electromagnètics. Òbviament, aquesta absorció de la senyal afecta el rendiment de les xarxes i, per això, aquest paràmetre s'hauria de tenir en compte a l'hora d'implementar futures xarxes sense fils eficients. Per aquesta raó s'ha inclòs en aquesta tesi doctoral. / Bri Molinero, D. (2015). ESTUDIO DEL EFECTO DE FACTORES EXTERNOS SOBRE LAS REDES WLAN Y DISEÑO DE UN ALGORITMO COGNITIVO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53450

[ES] Los sistemas de refrigeración por eyección activados por calor de origen renovable o fuentes de calor residual tienen el potencial de alcanzar ahorros energéticos significativos al sustituir o asistir a los sistemas de refrigeración tradicionales. Su campo de aplicabilidad es muy amplio y el presente trabajo se ha centrado en un estudio detallado de dos aplicaciones con gran potencial siguiendo un enfoque computacional: (i) generación de aire acondicionado activado por energía solar térmica y (ii) refrigeración de la admisión de un motor de combustión reutilizando la energía térmica disponible en la línea de escape de este. Las actividades de investigación han estado dirigidas a mitigar dos de los principales puntos débiles que caracterizan a los ciclos de refrigeración por eyección: su eficiencia relativamente baja y la incapacidad mostrada por la configuración base del ciclo de eyección para operar de forma robusta en condiciones de operación alejadas de las de diseño. La primera cuestión ha sido abordada principalmente diseñando geometrías de eyector altamente optimizadas usando técnicas de mecánica de fluidos computacional y optimizando la integración del eyector en el conjunto del sistema de refrigeración. La segunda cuestión se ha abordado caracterizando el comportamiento del sistema en condiciones de diseño y fuera de diseño. Se han propuesto dos estrategias avanzadas para hacer frente a la caída de prestaciones que sufre el sistema al operar en condiciones fuera de diseño, como son la utilización de eyectores de geometría ajustable o la implementación de tanques de almacenamiento térmico. La respuesta del sistema se ha analizado en condiciones fuera de diseño con dos aproximaciones temporales complementarias. Los modelos estacionarios se han usado para optimizar las diferentes arquitecturas de eyector y la operación global del sistema en ciertas condiciones de operación representativas, mientras que el análisis transitorio representa un enfoque más realista y tiene en cuenta la naturaleza impredecible e inestable de la climatología. El estudio se ha concluido con un análisis termoeconómico, el cual ha sido útil para discernir si los diseños altamente optimizados son competitivos al ser comparados con las soluciones de refrigeración que se encuentran actualmente consolidadas en el mercado. La principal conclusión del análisis en condiciones estáticas para la aplicación termosolar es que la transformación de potencia térmica a potencia de refrigeración puede alcanzar un rendimiento del 37.7%, mientras que el rendimiento global del sistema alcanza el 20.1% con diseños altamente optimizados de eyector para unas condiciones de evaporación y condensación de 13°C y 40°C, respectivamente. En condiciones dinámicas, la implementación de la geometría variable mejora en torno a un 40% el rendimiento del sistema de refrigeración, además de incrementar su operatividad. El tanque de almacenamiento térmico juega un papel relevante en este aspecto y, para una envergadura de colector parabólico de 7.1 m, un consumo nominal de 13.3 kW de potencia térmica del tanque ha resultado ser una solución de compromiso para mantener en equilibrio los principales indicadores de prestaciones. El análisis termoeconómico de la arquitectura más prometedora sugiere que el ahorro de coste operativo está lejos de poder compensar la elevada inversión inicial en equipamiento (16.905€ para una capacidad de refrigeración aproximada de 5.6 kW), destacando la dificultad del sistema para competir con las soluciones de refrigeración actualmente consolidadas en el mercado y resaltando la necesidad de considerar soluciones híbridas. La principal conclusión de la aplicación en motor de combustión es que la reducción de temperaturas en la línea de admisión por debajo de 4°C es factible, produciendo mejoras en el rendimiento volumétrico de en torno al 11%, no obstante, el sistema muestra vulnerabilidades al operar en puntos de motor diferentes al de diseño. / [CA] Els sistemes de refrigeració per ejecció activats per calor d'origen renovable o fonts de calor residual tenen el potencial d'assolir estalvis energètics significatius al substituir o assistir als sistemes de refrigeració tradicionals. El seu camp d'aplicabilitat es ampli i el present treball s'ha centrat en un estudi detallat de dos aplicacions amb gran potencial seguint un enfocament computacional: (i) generació d'aire condicionat activat per energia solar tèrmica i (ii) refrigeració de l'admissió d'un motor de combustió reutilitzant l'energia tèrmica disponible en la línia d'escapament d'aquest. Les activitats d'investigació han estat dirigides a mitigar dos dels principals punts dèbils que caracteritzen als cicles de refrigeració per ejecció: la seua eficiència relativament baixa i la incapacitat mostrada per la configuració base del cicle d'ejecció per a operar de forma robusta en condicions d'operació allunyades de les de disseny. La primera qüestió ha sigut abordada principalment dissenyant geometries d'ejector altament optimitzades usant tècniques de mecànica de fluids computacional i optimitzant la integració de l'ejector en el conjunt del sistema de refrigeració. La segona qüestió s'ha abordat caracteritzant el comportament del sistema en condicions de disseny i fora de disseny. S'han proposat dos estratègies avançades per a fer front a la caiguda de prestacions que pateix el sistema quan opera en condicions fora de disseny, com són la utilització d'ejectors de geometria ajustable o la implementació de tancs de emmagatzemament tèrmic. La resposta del sistema s'ha analitzat en condicions fora de disseny amb dos aproximacions temporals complementàries. Els models estacionaris s'han usat per a optimitzar les diferents arquitectures d'ejector i l'operació global del sistema en certes condicions d'operació representatives, mentre que l'anàlisi transitori representa un enfocament més realista i té en compte la natura impredictible i inestable dels canvis en les condiciones climàtiques. L'estudi s'ha conclòs amb un anàlisi termoeconòmic, el qual ha sigut útil per a discernir si els dissenys altament optimitzats són competitius quan es comparen amb les solucions de refrigeració que es troben actualment consolidades al mercat. La principal conclusió de l'anàlisi en condicions estàtiques per a l'aplicació termosolar és que la transformació de potència tèrmica a potència de refrigeració pot arribar a un rendiment del 37.7%, mentre que el rendiment global del sistema arriba al 20.1 % amb dissenys altament optimitzats d'ejector per a unes condicions d'evaporació i condensació de 13°C i 40°C, respectivament. En condicions dinàmiques, la implementació de la geometria variable millora al voltant d'un 40% el rendiment del sistema de refrigeració, a més d'incrementar la seua capacitat de romandre en funcionament. El tanc d'emmagatzemament tèrmic juga un paper rellevant en aquest aspecte i, per a una llargària de col·lector parabòlic de 7.1 m, un consum nominal de 13.3 kW de potencia tèrmica del tanc ha resultat ser una solució de compromís per a mantenir en equilibri els principals indicadors de prestacions. L'anàlisi termoeconòmic de l'arquitectura més prometedora suggereix que l'estalvi de cost operatiu està lluny de poder compensar l'elevada inversió inicial en equipament (16.905€ per a una capacitat de refrigeració aproximada de 5.6 kW), posant de manifest la dificultat del sistema per a competir amb les solucions de refrigeració actualment consolidades al mercat i ressaltant la necessitat de considerar solucions híbrides. La principal conclusió de l'aplicació en motor de combustió és que la reducció de temperatures a la línia d'admissió per baix de 4°C és factible, produint millores en el rendiment volumètric de al voltant de l'11%, no obstant això, el sistema mostra vulnerabilitats a l'hora d'operar en punts de motor diferents al de disseny. / [EN] Jet-ejector refrigeration systems powered by renewable heat or waste heat sources have the potential to achieve significant primary energy savings when substituting or aiding traditional refrigeration systems. Their field of applicability is vast and the present work has been focused on a detailed study of two applications with great potential following a computational approach: (i) air-conditioning generation powered by solar thermal energy and (ii) internal combustion engine intake air refrigeration powered by its exhaust line waste heat. The research efforts have been directed towards mitigating the negative effect of two of the main weak points of jet-ejector refrigeration systems: their relatively low efficiency and the incapacity of the baseline configuration to operate robustly away from the design conditions. The first issue has been addressed mainly by designing highly optimized jet-ejector geometries using computational fluid dynamics techniques and optimizing the jet-ejector integration in the overall system. The second one has been addressed by carrying out complete characterizations of the refrigeration system response in design and off-design conditions. Advanced strategies to face the refrigeration system performance decay away from design conditions have been proposed, like the utilization of adjustable jet-ejector architectures or the implementation of hot thermal storage tanks. The system response has been analyzed in off-design conditions with two complementary temporal schemes. The steady-state models have been used to optimize the jet-ejector architectures and the overall system operation for representative operating scenarios, while the transient analysis represents a more realistic approach and accounts for changes in climatic conditions, which have an unpredictable and unstable nature. The study has been concluded with a thermoeconomic analysis, which has been useful to discern if the highly optimized designs are competitive when compared to existing refrigeration solutions consolidated in the market. The main conclusions of the steady-state analysis for the solar application are that the transformation from thermal power to refrigeration power can achieve an efficiency of 37.7%, while the global efficiency achieves 20.1% when highly optimized jet-ejectors are used for an evaporating and condensing conditions of 13°C and 40°C, respectively. In dynamic conditions, the implantation of an adjustable jet-ejector brings improvements in refrigeration system efficiency of around 40%, besides improving its capacity to remain in operation. The thermal storage system plays a relevant role in this sense and, for a fixed parabolic trough collector span of 7.1 m, a nominal thermal power consumption of 13.3 kW represents a trade-off between the performance indicators subject to analysis. The thermoeconomic assessment of the most promising system architecture suggests that the operating cost savings are far from compensating for the capital expenditures (16,905€ for a refrigeration capacity of approximately 5.6 kW), evidencing the difficulties of the system to compete against refrigeration solutions currently consolidated in the market and outlining the interest in hybrid solutions. The main conclusion of the automotive application is that it is feasible to achieve in the engine intake line temperatures below 4°C, bringing improvements in volumetric engine efficiency of around 11%. Nevertheless, the system shows vulnerabilities when operating in engine operating points different from the design one. / My most sincere acknowledgment to the whole CMT-Motores Térmicos team for giving me the opportunity of being part of it and the grant program Subvenciones para la contrataci ́on de personal investigador predoctoral for doctoral studies (reference ACIF/2018/124), awarded by Generalitat Valenciana, Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital and the European Union for funding this project. / Ponce Mora, A. (2022). Feasibility Study of Jet-Ejector Refrigeration Systems as a Mechanism for Harnessing Low-Grade Thermal Energy from Different Sources [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181710

[EN] Many industrial problems can be modelled as a scheduling problem where some resources are assigned to tasks so as to minimize the completion time, to reduce the use of resources, idle time, etc. There are several scheduling problems which try to represent different kind of situations that can appear in real world problems. Job Shop Scheduling Problem (JSP) is the most used problem. In JSP there are different jobs, every job has different tasks and these tasks have to be executed by different machines. JSP can be extended to other problems in order to simulate more real problems. In this work we have used the problem job shop with operators JSO(n,p) where each task must also be assisted by one operator from a limited set of them. Additionally, we have extended the classical JSP to a job-shop scheduling problem where machines can consume different amounts of energy to process tasks at different rates (JSMS). In JSMS operation has to be executed by a machine that has the possibility to work at different speeds. Scheduling problems consider optimization indicators such as processing time, quality and cost. However, governments and companies are also interested in energy-consumption due to the rising demand and price of fuel, the reduction in energy commodity reserves and growing concern about global warming. In this thesis, we have developed new metaheuristic search techniques to model and solve the JSMS problem. Robustness is a common feature in real life problems. A system persists if it remains running and maintains his main features despite continuous perturbations, changes or incidences. We have developed a technique to solve the $JSO(n,p)$ problem with the aim of obtaining optimized and robust solutions. We have developed a dual model to relate optimality criteria with energy consumption and robustness/stability in the JSMS problem. This model is committed to protect dynamic tasks against further incidences in order to obtain robust and energy-aware solutions. The proposed dual model has been evaluated with a memetic algorithm to compare the behaviour against the original model. In the JSMS problem there are a relationship between Energy-efficiency, Robustness and Makespan. Therefore, the relationship between these three objectives is studied. Analytical formulas are proposed to analyse the relationship between these objectives. The results show the trade-off between makespan and robustness, and the direct relationship between robustness and energy-efficiency. To reduce the makespan and to process the tasks faster, energy consumption has to be increased. When the energy consumption is low it is because the machines are not working at highest speed. So, if an incidence appears, the speed of these machines can be increased in order to recover the time lost by the incidence. Hence robustness is directly related with energy consumption. Additionally, robustness is also directly related with makespan because, when makespan increases, there are more gaps in the solution, these incidences can be absorbed by these natural buffers. The combination of robustness and stability gives the proposal an added value due to since an incidence cannot be directly absorbed by the disrupted task and it can be repaired by involving only a small number of tasks. In this work we propose two different techniques to manage rescheduling over the JSMS problem. This work represents a breakthrough in the state of the art of scheduling problems and in particular the problem where energy consumption can be controlled by the rate of the machines. / [ES] Muchos de los problemas industriales se pueden modelar como un problema de scheduling donde algunos recursos son asignados a tareas a fin de minimizar el tiempo de finalización, para reducir el uso de los recursos, el tiempo de inactividad, etc. Job-Shop scheduling (JSP) es el problema más utilizado. En JSP hay diferentes trabajos, cada trabajo tiene diferentes tareas y estas tareas tienen que ser ejecutadas por diferentes máquinas. JSP puede ser extendido a otros problemas con el fin de simular una mayor cantidad de problemas reales. En este trabajo se ha utilizado el problema job shop scheduling con operadores JSO(n, p), donde cada tarea también debe ser asistida por un operador de un conjunto limitado de ellos. Además, hemos ampliado el clásico problema JSP a un problema donde las máquinas pueden consumir diferentes cantidades de energía al procesar tareas a diferentes velocidades (JSMS). En JSMS las operaciones tiene que ser ejecutadas por una máquina que tiene la posibilidad de trabajar a diferentes velocidades. Los problemas de scheduling consideran indicadores de optimización tales como: el procesamiento de tiempo, la calidad y el coste. Sin embargo, hoy en día los gobiernos y los empresarios están interesados también en el control del consumo de energía debido al aumento de la demanda y del precio de los combustibles, la reducción de las reservas de materias primas energéticas y la creciente preocupación por el calentamiento global. En esta tesis, hemos desarrollado nuevas técnicas de búsqueda metaheurística para modelar y resolver el problema JSMS. La robustez es una característica común en los problemas de la vida real. Un sistema persiste si permanece en funcionamiento y mantiene sus principales características a pesar de las perturbaciones continuas, cambios o incidencias. Hemos desarrollado una técnica para resolver el problema JSO(n, p) con el objetivo de obtener soluciones robustas y optimizadas. Hemos desarrollado un modelo dual para relacionar los criterios de optimalidad con el consumo de energía y la robustez/estabilidad en el problema JSMS. Este modelo se ha desarrollado para proteger a las tareas dinámicas contra incidencias, con el fin de obtener soluciones sólidas y que tengan en cuenta el consumo de la energía. El modelo dual propuesto ha sido evaluado con un algoritmo memético para comparar el comportamiento frente al modelo original. En el problema JSMS hay una relación entre la eficiencia energética, la robustez y el makespan. Por lo tanto, se estudia la relación entre estos tres objetivos. Se desarrollan fórmulas analíticas para representar la relación estimada entre estos objetivos. Los resultados muestran el equilibrio entre makespan y robustez, y la relación directa entre la robustez y eficiencia energética. Para reducir el makespan, el consumo de energía tiene que ser aumentado para poder procesar las tareas más rápido. Cuando el consumo de energía es bajo, debido a que las máquinas no están trabajando a la velocidad más alta, si una incidencia aparece, la velocidad de estas máquinas puede ser aumentada con el fin de recuperar el tiempo perdido por la incidencia. Por lo tanto la robustez está directamente relacionada con el consumo de energía. Además, la robustez también está directamente relacionada con el makespan porque, cuando el makespan aumenta hay más huecos en la solución, que en caso de surgir incidencias, estas pueden ser absorbidas por estos buffers naturales. La combinación de robustez y estabilidad da un valor añadido debido a que si una incidencia no puede ser absorbida directamente por la tarea interrumpida, esta puede ser reparada mediante la participación un pequeño número de tareas.En este trabajo se proponen dos técnicas diferentes para gestionar el rescheduling sobre el problema JSMS. Este trabajo representa un avance en el estado del arte en los problemas de scheduling y en el problema donde el consumo de energía p / [CA] Molts dels problemes industrials es poden modelar com un problema de scheduling on alguns recursos són assignats a tasques a fi de minimitzar el temps de finalització, per a reduir l'ús dels recursos, el temps d'inactivitat, etc. Existeixen diversos tipus de problemes de scheduling que intenten representar diferents situacions que poden aparèixer en els problemes del món real. Job-Shop scheduling (JSP) és el problema més utilitzat. En JSP hi ha diferents treballs, cada treball té diferents tasques i aquestes tasques han de ser executades per diferents màquines. JSP pot ser estès a altres problemes amb la finalitat de simular una major quantitat de problemes reals. En aquest treball s'ha utilitzat el problema job shop scheduling amb operadors JSO(n, p), on cada tasca també ha de ser assistida per un operador d'un conjunt limitat d'ells. A més, hem ampliat el clàssic problema JSP a un problema on les màquines poden consumir diferents quantitats d'energia per a processar tasques a diferents velocitats (JSMS). Els problemes de scheduling consideren indicadors d'optimització tals com: el processament de temps, la qualitat i el cost. No obstant açò, avui en dia els governs i els empresaris estan interessats també amb el control del consum d'energia a causa de l'augment de la demanda i del preu dels combustibles, la reducció de les reserves de matèries primeres energètiques i la creixent preocupació per l'escalfament global. En aquesta tesi, hem desenvolupat noves tècniques de cerca metaheurística per a modelar i resoldre el problema JSMS. La robustesa és una característica comuna en els problemes de la vida real. Un sistema persisteix si continua en funcionament i manté les seues principals característiques malgrat les pertorbacions contínues, canvis o incidències. Hem desenvolupat una tècnica per a resoldre el problema JSO(n, p) amb l'objectiu d'obtenir solucions robustes i optimitzades. Hem desenvolupat un model dual per a relacionar els criteris de optimalidad amb el consum d'energia i la robustesa/estabilitat en el problema JSMS. Aquest model s'ha desenvolupat per a protegir a les tasques dinàmiques contra incidències, amb la finalitat d'obtenir solucions sòlides i que tinguen en compte el consum de l'energia. El model dual proposat ha sigut evaluat amb un algorisme memético per a comparar el comportament front un model original. En el problema JSMS hi ha una relació entre l'eficiència energètica, la robustesa i el makespan. Per tant, s'estudia la relació entre aquests tres objectius. Es desenvolupen fórmules analítiques per a representar la relació estimada entre aquests objectius. Els resultats mostren l'equilibri entre makespan i robustesa, i la relació directa entre la robustesa i l'eficiència energètica. Per a reduir el makespan, el consum d'energia ha de ser augmentat per a poder processar les tasques més ràpid. Quan el consum d'energia és baix, a causa que les màquines no estan treballant a la velocitat més alta, si una incidència apareix, la velocitat d'aquestes màquines pot ser augmentada amb la finalitat de recuperar el temps perdut per la incidència. Per tant la robustesa està directament relacionada amb el consum d'energia. A més, la robustesa també està directament relacionada amb el makespan perquè, quan el makespan augmenta hi ha més buits en la solució, que en cas de sorgir incidències, aquestes poden ser absorbides per els buffers naturals. La combinació de robustesa i estabilitat dóna un valor afegit a causa de que si una incidència no pot ser absorbida directament per la tasca interrompuda, aquesta pot ser reparada mitjançant la participació d'un xicotet nombre de tasques. En aquest treball es proposen dues tècniques diferents per a gestionar el rescheduling sobre el problema JSMS. Aquest treball representa un avanç en l'estat de l'art en els problemes de scheduling i, en particular, en el problema on el consum d'energia pot ser controlat per / Escamilla Fuster, J. (2016). Eficiencia Energética y Robustez en Problemas de Scheduling [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64062

[ES] La Constitución del Ecuador establece que el acceso a una vivienda digna es un derecho fundamental. Sin embargo, muchos ciudadanos viven en situaciones de riesgo, ya que las edificaciones que habitan no tienen características físicas y/o estructurales adecuadas. Esto se acentúa en la zona rural, en donde la necesidad de casas que cumplan estándares de calidad es en promedio 71, 2% más que las ciudades. En la mayoría de construcciones que se realizan en Ecuador, se usan materiales convencionales como el hormigón, bloques y ladrillos. Por lo que, cubrir la totalidad del déficit de vivienda (665 612 unidades) requiere una gran inversión económica; además, del alto costo ambiental que representaría; ya que, los materiales mencionados tienen consumos energéticos altos desde su producción hasta su puesta en obra. Es evidente entonces que la dotación de vivienda debe hacerse con materiales sustentables y accesibles a la mayoría de la población. Una alternativa es la paja, que es natural, renovable, sumidero de CO2 y biodegradable. En Ecuador se obtienen anualmente 28 754,492 toneladas de paja de trigo y cebada. Con este desecho de la cosecha, se podrían hacer fardos, con los cuales construir casas. Sin embargo, en el país existe muy poco conocimiento de este material y el sistema constructivo que se requiere para edificar de forma técnica y segura. La presente investigación aborda la caracterización física y mecánica de los fardos producidos localmente para determinar su posibilidad de su uso como material de construcción. Además, se realizaron ensayos pseudo-dinámicos a muros portantes realizados con fardos y recubiertos con dos alternativas de mortero. Con los resultados obtenidos, se realizó la modelación estructural de una vivienda tipo, determinando que el desplazamiento lateral relativo de la misma, cumple los estándares de la Norma Ecuatoriana de la Construcción para edificaciones sismo resistentes. También se realizó un análisis económico, determinando que el costo de la vivienda tipo es inferior al valor establecido para casas de interés social en el país. Lo que determina su accesibilidad al segmento poblacional más pobre. Además, se elaboró un manual, que detalla el procedimiento constructivo de la casa tipo, de forma clara y sencilla para hacerlo de fácil entendimiento. / [CA] La Constitució de l'Equador estableix que l'accés a un habitatge digne és un dret fonamental. No obstant això, molts ciutadans viuen en situacions de risc, ja que les edificacions que habiten no tenen característiques físiques i/o estructurals adequades. Això s'accentua en la zona rural, on la necessitat de cases que complisquen estàndards de qualitat és en mitjana 71,2% més que les ciutats. En la majoria de construccions que es realitzen a l'Equador, s'usen materials convencionals com el formigó, blocs i rajoles. Pel que, cobrir la totalitat del dèficit d'habitatge (665 612 unitats) requereix una gran inversió econòmica; a més, de l'alt cost ambiental que representaria; ja que, els materials esmentats tenen consums energètics alts des de la seua producció fins a la seua posada en obra. És evident llavors que la dotació d'habitatge ha de fer-se amb materials sustentables i accessibles a la majoria de la població. Una alternativa és la palla, que és natural, renovable, embornal de CO2 i biodegradable. A l'Equador s'obtenen anualment 28 754,492 tones de palla de blat i ordi. Amb aquesta deixalla de la collita, es podrien fer fardells, amb els quals construir cases. No obstinate això, al país existed molt poc coneixement d'aquest material I el sistema construction que es required per an edificar de manera tècnica I Segura. La present investigació aborda la caracterització física i mecànica dels fardells produïts localment per a determinar la seua possibilitat del seu ús com a material de construcció. A més, es van realitzar assajos pseudo-dinàmics a murs portants realitzats amb fardells i recoberts amb dues alternatives de morter. Amb els resultats obtinguts, es va realitzar el modelatge estructural d'un habitatge tipus, determinant que el desplaçament lateral relatiu d'aquesta, compleix els estàndards de la Norma Equatoriana de la Construcció per a edificacions sisme resistents. També es va realitzar una anàlisi econòmica, determinant que el cost de l'habitatge tipus és inferior al valor establit per a cases d'interés social al país. El que determina la seua accessibilitat al segment poblacional més pobre. A més, es va elaborar un manual, que detalla el procediment constructiu de la casa tipus, de manera clara i senzilla per a fer-ho de fàcil enteniment. / [EN] The Constitution of Ecuador establishes that access to decent housing is a fundamental right. However, many citizens live in risky situations since their buildings do not have adequate physical and structural characteristics. This is accentuated in rural areas, where the need for houses that meet quality standards is, on average, 71.2% higher than in the cities. In most constructions in Ecuador, conventional materials such as concrete, blocks, and bricks are used. Therefore, covering the entire housing deficit (665 612 units) requires a significant economic investment, in addition to the high environmental cost, since the materials have high energy consumption from production to installation. It is evident then that housing must be built with sustainable materials accessible to most of the population. One alternative is straw, which is natural, renewable, a CO2, and biodegradable. In Ecuador, 28 754.492 tons of wheat and barley straw are obtained annually. With this waste from the harvest, bales could be made with which to build houses. However, there needs to be more knowledge of this material and the construction system required to build technically and safely in the country. The present research addresses the physical and mechanical characterization of locally produced bales to determine the possibility of their use as a construction material. In addition, pseudo-dynamic tests were carried out on load-bearing walls made with bales. An economic analysis was also carried out, determining that the cost of the house type is lower than the value established for houses of social interest in the country. This determines its accessibility to the poorest segment of the population. In addition, a manual was prepared detailing the construction procedure of the house type clearly and straightforwardly to make it easy to understand. / Viera Arroba, LP. (2023). Factibilidad constructiva de viviendas con muros portantes de fardos de paja energéticamente eficientes y sismo resistentes en la zona andina del Ecuador [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196654

En el futuro, los dispositivos digitales formarán parte del entorno en el que las personas se desenvuelvan, participarán en nuestros objetivos y necesidades y nos ayudarán a "hacer más haciendo menos". A través de los dispositivos portátiles o aquellos que estén embebidos a nuestro alrededor el usuario será capaz de interactuar con el futuro universo de servicios e infraestructuras ubicuas. El principal paradigma que se seguirá se basa en que este universo estará centrado en el usuario ya que éste demandará los servicios que más le convengan en cualquier momento y lugar, todo ello preservando nuestra privacidad y seguridad. Este nuevo concepto no sólo se aplica a un entorno de ocio sino que en el campo profesional las redes inalámbricas de próxima generación permitirán incrementar nuestra productividad, reduciendo el peso de tareas repetitivas, poniendo a nuestra disposición la información relevante en el momento adecuado y según sean las necesidades particulares del usuario en ese momento y permitiéndonos trabajar con otras personas independientemente de donde se encuentren. En particular, se intuye que las redes de próxima generación se diseñen de forma que aglutinen todos los servicios disponibles a través de los diferentes sistemas que existan de forma que las posibles deficiencias de alguno de ellos se vean compensadas por otro. Lo que se pretende conseguir es que el usuario pueda disfrutar en todo momento y lugar de los servicios que desee sin que ello suponga un esfuerzo.Este concepto implica diferentes retos tecnológicos y la integración de múltiples sistemas. Dentro de estos retos tecnológicos esta Tesis aborda los siguientes: soporte de la heterogeneidad en lo referente a las tecnologías de acceso radio que existen y que eventualmente aparecerán en el futuro y que coexistirán en un mismo terminal; desarrollo de técnicas de optimización basadas en la cooperación entre diferentes capas de la pila de protocolos; implementación de estrategias de selección de la red que mejor pueda soportar un determinado servicio ante la posibilidad de utilización de múltiples tecnologías de acceso; optimización del uso de recursos energéticos en las comunicaciones dentro de la red; protección de la privacidad y la seguridad de las comunicaciones personales del usuario.Desde el punto de vista de las aportaciones, en esta Tesis se ha contribuido mediante el diseño, implementación y validación de una serie de técnicas de optimización de las comunicaciones en redes de dispositivos móviles basadas en información intercapa. Para ello, se propone una arquitectura de protocolos novedosa que permite soportar la heterogeneidad en términos de tecnologías de acceso dentro del mismo terminal. El concepto de aislar las capas superiores de la pila de protocolos de las tecnologías de acceso subyacentes se consigue a través de una Capa de Convergencia Universal (UCL, en sus siglas en inglés). El diseño y la especificación esta arquitectura así como de los bloques funcionales que la componen son la primera contribución que se hace en esta Tesis. La UCL supone el marco en el que el resto de técnicas de optimización que se presentan han sido desarrolladas.Igualmente, se desarrollan una serie de técnicas basadas en optimización intercapa que permiten una gestión eficiente de los recursos disponibles así como una mejora en el uso de la energía. Finalmente, se implementan los mecanismos de autenticación y encriptación que permiten asegurar las comunicaciones dentro de la red. El diseño, implementación y validación de estos mecanismos supone la segunda contribución en esta Tesis. El empleo de técnicas de optimización basadas en información procedentes de diferentes capas de la pila de protocolos es la base de los dos mecanismos que se han propuesto. El primero de ellos se basa en la selección dinámica de la tecnología de acceso a utilizar para obtener un rendimiento óptimo del sistema. La segunda estrategia de optimización consiste en el uso simultáneo de varias tecnologías de acceso para conseguir una mejora en las prestaciones de la red. Aparte de la optimización en cuanto al rendimiento en términos de ancho de banda y calidad de servicio, se ha evaluado la mejora de la eficiencia energética conseguida gracias a las soluciones propuestas. Los resultados obtenidos permiten concluir que las propuestas realizadas en el marco de esta Tesis representan una optimización tanto en parámetros de calidad de servicio como en la eficiencia energética del sistema.El mayor avance respecto del estado del arte se centra en habilitar al usuario para que utilice de manera transparente, eficiente y segura los dispositivos que tiene a su alrededor independientemente de la heterogeneidad que presenten y sin requerir de un conocimiento intensivo de la tecnología. El usuario podrá comunicarse haciendo un uso óptimo de los recursos a su alcance sin preocuparse de tener que gestionarlos él mismo. / In the future, computation will be human-centred: it will enter the human world, handling our goals and needs and helping us to do more by doing less. Next generation wireless systems should provide the user access with a broad range of services in a transparent way, independently of user location, by making the technology invisible and embedded in the natural surroundings. New systems will boost our productivity. They will help us automate repetitive human tasks, control a wide range of physical devices in our environment, find the information we need (when we need it, without obliging us to examine thousands of search-engine hits), and enable us to work together with other people through space and time.The achievement of this paradigm led to the identification of a set of optimizations in intra-cluster communications that were needed to fully support it. Firstly, heterogeneity will be a fundamental characteristic of next generation wireless communications since more and more personal devices are equipped with multiple network access technologies so that the user can have access to the different services that the different operational environments provide. However, Next Generation Networks (NGN) will comprise such a diverse number of possibilities that the users cannot be expected to take technical decisions on their own. It is necessary to provide mechanisms that intelligently select the optimal available access network based on context information such as user preferences, power consumption, link quality, etc. Finally, users need to trust the system that supports their personal communications. Within a personal network the most confidential information might be exchanged and the user need to be sure that this will never be disclosed. If the system fails in these features, NGN in general and PNs in particular will never happen.This Thesis has contributed with the development of the mechanisms that tackle the abovementioned challenges. The design and specification of a convergence framework, the so-called Universal Convergence Layer (UCL), has been the first topic addressed. This framework aims to manage all the network access interfaces with which a device is equipped so that they can be transparently used by upper layers as if the node were equipped with a single access technology. On the other hand, the UCL enables the cross-layer optimization paradigm. Its privileged location within the protocol stack gives the UCL the possibility to support both bottom-up and top-down information flow. In this sense, two different solutions based on cross-layer optimization have been proposed to enhance the performance and energy efficiency of the system. The first one deals with the selection at run-time of the most appropriate wireless interface to be used in order to improve the system performance. The second one leverages the striping concept in order to exploit all the network interfaces available. Finally, the UCL also plays a key role in security issues as an enabler for providing link-layer security mechanisms that ensure data confidentiality and integrity, authenticity and non-repudiation. The techniques implemented for node authentication combined with traffic encryption in ad-hoc networks have been thoroughly assessed and have demonstrated their appropriateness.The biggest advance in the state-of-the-art comes from enabling the user to have easy, affordable and seamless control of their devices over heterogeneous communications networks. They are empowered to communicate efficiently and securely with their selected interaction groups, no matter what kind of access is available for them to use.