Several studies have shown that the buildings envelope optical properties are important in terms of energy use and thermal comfort level. However, no study has been found in regard of the optimal optical properties for the building envelope. Moreover, developments in the coil-coating industry have made possible to design cost effective optical selective surfaces for the construction sector. Based on the above mentioned, this study pretends to map the envelope optimal optical properties minimizing the energy use for large-open-volume buildings locates in Stockholm, Copenhagen, Liverpool, Amsterdam, Berlin, Vienna, Bern, Rome, and Madrid.A building could be seen as a very complex solar energy conversion system, which is very difficult to describe accurately. Nonetheless, it is possible to use Building Energy Simulation (BES) tools to model, to some extent, its thermal performance under many simplistic assumptions. The simulation tool TRNSYS 17 and the optimization tool GenOpt were selected for this study. Additionally, detailed small-open-volume building thermal performance data, obtained during passive measurements from the steel manufacturer SSAB, in Borlänge-Sweden, were used to assess the methodology for the creation of the large-open-volume simulation models. The variations in large-open-volume building design around Europe are not well documented, which constitutes one of the major impediments for this research. However, detailed European historical building U-value data from the European Union project called iNSPiRe made it possible to achieve the objective of this study.The simulation work showed, that the building envelope optimal optical properties are related to the magnitude of the heating and cooling loads. Consequently, GenOpt was used to plot the sensitivity of the building envelope optimal optical properties to the ratio between the heating demand and the total energy demand (Qheat/Qtotal). In regard to the large-open-volume building optimal optical properties in the selected locations, it was found that the allocation of optimal optical properties does not lead to significant energy savings in locations with relatively low solar availability and high thermal insulation levels. Nonetheless, a final envelope optical properties study for a small-open-volume building model based on three existing buildings differing only on their optical properties was made for 243 world-capital cities. The simulations reinforced the results for the large-open-volume building in the European locations, and additionally showed huge energy savings potential for most of the world capital cities. This investigation restates the results obtained by Joudi (2015), “Possible energy savings by the smart choice of optical properties on the interior and exterior surfaces of the building.” / Varios estudios han demostrado que las propiedades ópticas de las envolturas delos edificios son importantes en términos de consumo energético y de nivel deconfort térmico. Sin embargo, no se ha encontrado estudio alguno con respecto alas propiedades ópticas óptimas para las envolturas de los edificios.Conjuntamente, los desarrollos en la industria de bobinas metálicas revestidas hanhecho posible diseñar superficies selectivas rentables para el sector de laconstrucción. Basándose en lo anteriormente expuesto, este estudio pretendemapear las propiedades ópticas óptimas de la envoltura que minimizan el uso deenergía para edificios de gran volumen abierto localizados en Estocolmo,Copenhague, Liverpool, Ámsterdam, Berlín, Viena, Berna, Roma y Madrid.Un edificio podría ser visto como un sistema de conversión de energía solar muycomplejo, que es muy difícil de describir con precisión. No obstante, es posibleutilizar las herramientas de Simulación de Energía de Edificios (BES) para modelar,hasta cierto punto, su rendimiento térmico bajo una considerable cantidad desuposiciones simplistas. El programa de simulación TRNSYS 17 y el programa deoptimización GenOpt fueron seleccionadas para este estudio. Adicionalmente, conel fin de evaluar la metodología utilizada para la creación de los modelos desimulación para edificios de gran volumen abierto, se utilizaron datos detallados derendimiento térmico de edificios de pequeño volumen abierto, obtenidos durantemediciones pasivas del fabricante de acero SSAB, en Borlänge-Suecia. Lasvariaciones en el diseño de edificios de gran volumen abierto en toda Europa noestán bien documentadas, lo que constituye uno de los principales impedimentospara esta investigación. Sin embargo, los datos detallados y en orden cronológicode los niveles de aislamiento térmico (U-value) en la construcción europea,recopilados por el proyecto de la Unión Europea llamado iNSPiRe, permitieronalcanzar el objetivo de este estudio.El trabajo de simulación demostró que las propiedades ópticas óptimas de laenvoltura del edificio están relacionadas con la magnitud de las cargas decalefacción y refrigeración. En consecuencia, GenOpt fue utilizado para graficar lasensibilidad de las propiedades ópticas óptimas de la envolvente del edificio conrespecto a la proporción entre la demanda de calefacción y la demanda total deenergía (Qheat/Qtotal). En cuanto a las propiedades ópticas óptimas del edificio degran volumen abierto en las ubicaciones seleccionadas, se encontró que laasignación de propiedades ópticas óptimas no conduce a ahorros de energíasignificativos en ubicaciones con disponibilidad solar relativamente baja y altosniveles de aislamiento térmico. Sin embargo, un último estudio de propiedadesópticas de envolvente para un modelo de construcción de pequeño volumen abiertobasado en tres edificios existentes que difieren sólo en sus propiedades ópticas serealizó para 243 capitales mundiales. Las simulaciones reforzaron los resultadospara el edificio de gran volumen abierto en las localidades europeas, y ademásmostraron un enorme potencial de ahorro de energía para la mayoría de lascapitales mundiales. Esta investigación reitera los resultados obtenidos por Joudi (2015), "Posibles ahorros de energía por la elección inteligente de propiedadesópticas en las superficies interiores y exteriores del edificio".
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:du-35491 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Rodríguez-Urdaneta, Alejandro |
| Publisher | Högskolan Dalarna, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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