Os programas computacionais de simulação do desempenho termoenergético de edificações têm adquirindo cada vez mais importância devido às possibilidades que apresentam para a avaliação dos projetos. No entanto, há dificuldades para o seu uso nas fases iniciais de projeto, por demandarem tempo, técnicos especializados, orçamentos elevados e um projeto detalhado. Atualmente, existem ferramentas computacionais simplificadas, mas que apresentam limitações quanto às possibilidades de uso, não oferecendo resultados precisos como os dos métodos mais complexos. Portanto, este trabalho propõe avaliar as possibilidades de simplificação das zonas térmicas no programa de simulação EnergyPlus, sem comprometer os resultados das simulações. Esta simplificação auxiliaria o uso dessas ferramentas computacionais nas fases iniciais do projeto. O edifício estudado é uma habitação de interesse social (HIS) naturalmente ventilada, térrea e isolada, simulada para três cidades do Brasil (Curitiba, Manaus e São Paulo). Esta HIS é modelada no EnergyPlus de duas formas: como um modelo multizona (MuZ) e como um modelo monozona (MoZ), em que toda a habitação é considerada apenas como uma única zona térmica. O impacto da simplificação das zonas térmicas é avaliado em dois estudos que consideram: 1) vários horários para abertura e fechamento de portas internas, e 2) diferentes geometrias e distribuições internas para os ambientes. Em ambos os estudos, os resultados mostram que a diferença absoluta horária da temperatura entre os modelos MoZs e MuZs é significativamente baixa para todos os casos considerados, estando abaixo de 0,4ºC mais de 50% do tempo. As maiores diferenças encontradas entre os MoZs e MuZs são obtidas nos modelos simulados nos climas mais frios, nos modelos nos quais as portas internas são consideradas fechadas e nos ambientes menores com uma exposição à radiação solar mais reduzida. As diferenças anuais mínimas e máximas da temperatura interna do ar entre os MoZ e MuZ são notadamente elevadas. No entanto, estes valores são observados num dia e uma hora específica, sendo a média anual significativamente baixa para todos os casos. / Building thermal and energy performance simulation programs are gaining more and more importance due to the possibilities they present for a project evaluation. However, there are difficulties for its use in the early stages of the project, because they demand time, specialized technicians, high budgets and a detailed project. Currently, there are simplified computer tools, but they present limits to the possibilities of its use, since they do not offer accurate results as more complex methods. Therefore, this work proposes to evaluate the possibilities of simplification of the thermal zones in EnergyPlus simulation program without compromising the results of the simulations. This simplification would help the computational tools use in the early design of the project. The studied building is a naturally ventilated single-story isolated social house, simulated for three cities of Brazil (Curitiba, Manaus and São Paulo). This building is modeled in two ways: as a multizone model (MuZ) and as a monozone model (MoZ), where the entire floorplan is considered as one thermal zone. The impact of the thermal zones simplification is evaluated in two studies considering: 1) several schedules for internal doors opening and closing, and 2) different building geometries and floorplans. In both studies, the results show that the absolute difference of temperature between the MoZs and MuZs models is significantly low for all of the cases, being below 0.4ºC more than 50% of the time. The maximum differences found between MoZs and MuZs are obtained in models simulated in colder climates, in models where internal doors are considered closed and in smaller rooms with reduced exposure to solar radiation. The minimum and maximum annual differences of the air temperature between the MoZ and MuZ are considerably high. However, these values are observed in a specific day and hour, with the annual average being significantly low for all cases.

Os programas computacionais de simulação do desempenho termoenergético de edificações têm adquirindo cada vez mais importância devido às possibilidades que apresentam para a avaliação dos projetos. No entanto, há dificuldades para o seu uso nas fases iniciais de projeto, por demandarem tempo, técnicos especializados, orçamentos elevados e um projeto detalhado. Atualmente, existem ferramentas computacionais simplificadas, mas que apresentam limitações quanto às possibilidades de uso, não oferecendo resultados precisos como os dos métodos mais complexos. Portanto, este trabalho propõe avaliar as possibilidades de simplificação das zonas térmicas no programa de simulação EnergyPlus, sem comprometer os resultados das simulações. Esta simplificação auxiliaria o uso dessas ferramentas computacionais nas fases iniciais do projeto. O edifício estudado é uma habitação de interesse social (HIS) naturalmente ventilada, térrea e isolada, simulada para três cidades do Brasil (Curitiba, Manaus e São Paulo). Esta HIS é modelada no EnergyPlus de duas formas: como um modelo multizona (MuZ) e como um modelo monozona (MoZ), em que toda a habitação é considerada apenas como uma única zona térmica. O impacto da simplificação das zonas térmicas é avaliado em dois estudos que consideram: 1) vários horários para abertura e fechamento de portas internas, e 2) diferentes geometrias e distribuições internas para os ambientes. Em ambos os estudos, os resultados mostram que a diferença absoluta horária da temperatura entre os modelos MoZs e MuZs é significativamente baixa para todos os casos considerados, estando abaixo de 0,4ºC mais de 50% do tempo. As maiores diferenças encontradas entre os MoZs e MuZs são obtidas nos modelos simulados nos climas mais frios, nos modelos nos quais as portas internas são consideradas fechadas e nos ambientes menores com uma exposição à radiação solar mais reduzida. As diferenças anuais mínimas e máximas da temperatura interna do ar entre os MoZ e MuZ são notadamente elevadas. No entanto, estes valores são observados num dia e uma hora específica, sendo a média anual significativamente baixa para todos os casos. / Building thermal and energy performance simulation programs are gaining more and more importance due to the possibilities they present for a project evaluation. However, there are difficulties for its use in the early stages of the project, because they demand time, specialized technicians, high budgets and a detailed project. Currently, there are simplified computer tools, but they present limits to the possibilities of its use, since they do not offer accurate results as more complex methods. Therefore, this work proposes to evaluate the possibilities of simplification of the thermal zones in EnergyPlus simulation program without compromising the results of the simulations. This simplification would help the computational tools use in the early design of the project. The studied building is a naturally ventilated single-story isolated social house, simulated for three cities of Brazil (Curitiba, Manaus and São Paulo). This building is modeled in two ways: as a multizone model (MuZ) and as a monozone model (MoZ), where the entire floorplan is considered as one thermal zone. The impact of the thermal zones simplification is evaluated in two studies considering: 1) several schedules for internal doors opening and closing, and 2) different building geometries and floorplans. In both studies, the results show that the absolute difference of temperature between the MoZs and MuZs models is significantly low for all of the cases, being below 0.4ºC more than 50% of the time. The maximum differences found between MoZs and MuZs are obtained in models simulated in colder climates, in models where internal doors are considered closed and in smaller rooms with reduced exposure to solar radiation. The minimum and maximum annual differences of the air temperature between the MoZ and MuZ are considerably high. However, these values are observed in a specific day and hour, with the annual average being significantly low for all cases.

[ES] En esta tesis de doctorado se utiliza el modelado matemático de zonas térmicas para evaluar la capacidad del control en modos deslizantes, para regular la temperatura interna de un caso de estudio. Se utiliza la técnica de parámetros agrupados para representar los espacios cerrados, que al ser complementada con mediciones experimentales y algoritmos de optimización, permitió construir un simulador para reproducir con una precisión de más del 97% las condiciones del modelo estudiado, y que permitió estudiar el sistema en general mientras se introducen perturbaciones o variaciones en los parámetros del modelo. Inicialmente se utilizaron modelos de escala reducida para caracterizar el efecto termo-aislante de la solución Thermo Skold sobre la temperatura interna, se caracterizó el efecto de la pintura sobre cada uno de los parámetros de transmisión de calor del caso de estudio, lo que permitió entender los ahorros y resultados obtenidos experimentalmente. Posteriormente, se utilizaron los modelos de escala reducida para evaluar la técnica de control en modos deslizantes, por lo que se modeló, simuló y veri ficó experimentalmente la efectividad de la técnica para mantener una temperatura de referencia ja, con un error inferior al 2 %. En la etapa final de la tesis se utilizó un domo geodésico como caso de estudio, el cual fue modelado con un circuito eléctrico propuesto para sus características específi cas. Se realizaron medidas experimentales de las condiciones térmicas del domo geodésico, con las cuales se ajustó el simulador utilizando el algoritmo de optimización Búsqueda de Patrones. Gracias al simulador desarrollado se estudiaron las condiciones de confort térmico y las necesidades de refrigeración del domo, considerando diferentes situaciones y cargas internas por ocupantes y sistemas de refrigeración. / [EN] In this doctoral thesis, the mathematical modeling of thermal zones is used to evaluate the ability of the control in sliding modes, to regulate the internal temperature of a case study. The grouped parameters technique is used to represent the closed spaces, which, when complemented with experimental measurements and optimization algorithms, allowed the construction of a simulator to reproduce the conditions of the model studied with an accuracy of more than 97 %, which allowed studying the system in general while introducing disturbances or variations in the model parameters. Initially, reduced-scale models were used to characterize the thermal insulating effect of the Thermo Skold solution on the internal temperature. The impact of the painting on each one of the heat transfer parameters was studied, which allowed us to understand the savings and results obtained experimentally. Subsequently, the reduced scale models were used to evaluate the control technique in sliding modes, so the effectiveness of the technique was modeled, simulated and verified experimentally to maintain a fixed reference temperature, with an error of less than 2%. In the final stage of the thesis, a geodesic dome was used as a case study, which was modeled with an electrical circuit proposed for its specific characteristics. Experimental measurements of the thermal conditions of the geodesic dome were made, with which the simulator was adjusted using the Pattern Search optimization algorithm. Thanks to the simulator developed, the thermal comfort conditions and the cooling needs of the dome were studied, considering different situations and internal loads by occupants and cooling systems. / [CA] En aquesta tesi de doctorat s'utilitza el modelatge matemàtic de zones tèrmiques per avaluar la capacitat de l'control en maneres lliscants, per regular la temperatura interna d'un cas d'estudi. S'utilitza la tècnica de paràmetres agrupats per representar els espais tancats, que a l'ésser complementada amb mesuraments experimentals i algoritmes d'optimització, va permetre construir un simulador per reproduir amb una precisió de més de l' 97 % les condicions de el model estudiat, i que va permetre estudiar el sistema en general mentre s'introdueixen pertorbacions o variacions en els paràmetres de el model. Inicialment es van utilitzar models d'escala reduïda per caracteritzar l'efecte termo-aïllant de la solució Thermo Skold sobre la temperatura interna, es va caracteritzar l'efecte de la pintura sobre cadascun dels paràmetres de transmissió de calor de l' cas d'estudi, el que va permetre entendre els estalvis i resultats obtinguts experimentalment. Posteriorment, es van utilitzar els models d'escala reduïda per avaluar la tècnica de control en maneres lliscants, de manera que es va modelar, simular i va verificar experimentalment l'efectivitat de la tècnica per mantenir una temperatura de referència fixa, amb un error inferior a el 2 % . En l'etapa final de la tesi es va utilitzar un dom geodèsic com a cas d'estudi, el qual va ser modelat amb un circuit elèctric proposat per les seves característiques especifiques. Es van realitzar mesures experimentals de les condicions tèrmiques de l'dom geodèsic, amb les quals es va ajustar el simulador utilitzant l'algoritme d'optimització Cerca de Patrons. Gràcies a el simulador desenvolupat es van estudiar les condicions de confort tèrmic i les necessitats de refrigeració de la cúpula, considerant diferents situacions i càrregues internes per ocupants i sistemes de refrigeració. / Al programa de becas de doctorados nacionales convocatoria 727 de Colciencias, por todos los recursos aportados durante el desarrollo de mis estudios. Finalmente, a la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales y a la Universidad Politècnica de Valencia, que con sus programas de doctorado en ingeniería automática y matemáticas aplicadas contribuyeron en mi formación como investigador. / Florez Montes, F. (2020). Análisis dinámico del confort en edificios con estrategias de control adaptativo en modos deslizantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153803 / TESIS