Volume (in)dependence in Yang-Mills theories

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Teórica. Fecha de lectura: 16-12-2019Despite their apparent simplicity, Yang-Mills theories give rise to a rich variety of phenomena. Of particular interest to us is the deep relationship between spacetime and colour degrees of freedom evidenced by phenomena such as EguchiKawai reduction. In this thesis, we study certain aspects of the conjecture of volume independence stating that, for finite volume gauge theories with twisted boundary conditions, the dynamics of the theory are controlled by a parameter combining the physical size of the torus with the number of colours of the theory. We do so through a study of the properties of the twisted gradient flow ’t Hooft coupling. In the first part of the study, we define and compute the running of the ’t Hooft coupling constant of SU(N) theory in continuum perturbation theory, using a finite volume gradient flow scheme with twisted boundary conditions. We relate it to the coupling constant from the MS one and determine the ratio of Λ parameters between both schemes. Moreover, we analyse the dependence of the results on N, along with its possible implications concerning non-conmutative gauge theories and its relation to the volume independence conjecture. The second part of the study focuses on the twisted gradient flow coupling for the particular case of SU(3) on the lattice, as a preliminary probe on the viability of studies using our particular scheme. We use step scaling techniques to numerically determine the running of the coupling along a vast range of energies in the scale, and perform a study of the behaviour of topological charge in the generated configurations, analysing the effects of the choice of several technical parameters. We moreover compare our results to those obtained using perturbation theory, and with the results from studies using similar schemesAgradecemos también el apoyo económico proporcionado por las becas MINECO/FEDER FPA2015-68541-P, FPI BES-2015-071791, por los programas de Excelencia Severo Ochoa SEV-2012-0249 y SEV-2016-0597, y por el programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo la beca Marie Skodowska-Curie No 813942 (EuroPLEx

Energy modelling and U-value calculation of Scottish house elements: assessment of thermal performance improvements

El cambio climático es un tremendo desafío a largo plazo al que se enfrenta el mundo. ‎Según la Agencia Internacional de Energía, las viviendas representan alrededor del 40% del ‎consumo mundial de energía, y las predicciones actuales muestran que si no se toman ‎medidas definitivas, la tendencia continuará. Según Baetens, las emisiones de gases de ‎efecto invernadero de las viviendas en los países desarrollados son responsables de alrededor ‎del 35% de las emisiones. Se están realizando muchos esfuerzos en todo el mundo para reducir ‎el consumo de energía en las viviendas, ayudando a mitigar de este modo el calentamiento ‎global. Mediante la mejora de la eficiencia energética en los edificios, es posible reducir el ‎consumo total de energía de la UE en un 6-7%, y las emisiones de CO2 en un 6%. En la ‎actualidad, las medidas más destacadas se centran en un mayor uso de las tecnologías ‎renovables. ‎El Reino Unido alcanzó las 559 millones de toneladas de emisiones anuales de CO2, de las que ‎el 28% están directamente relacionadas con la energía utilizada en las casas. El gobierno ‎escocés estima que aproximadamente un tercio de la energía podría ahorrarse mediante la ‎implementación de medidas sencillas de ahorro de energía. De este modo, Escocia es uno de ‎los países con unos objetivos de reducción de carbono más ambiciosos del mundo, que incluyen ‎la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 42% para 2020 y en un 80% ‎para 2050, con respecto a los niveles de 1990. Las casas tradicionales representan una cuarta ‎parte de las viviendas existentes en el Reino Unido. Para garantizar que cualquier reforma ‎propuesta sea beneficiosa y efectiva se requiere una cuidadosa planificación y atención, de ‎modo que se pueda preservar el carácter histórico de los edificios. Es esencial comprender el ‎tipo de estructura, los elementos utilizados y los posibles efectos de cualquier modificación ‎propuesta en estas casas. Hay más de 600 zonas de conservación y 46.000 casas listadas de ‎interés arquitectónico o histórico en Escocia. La nación en su conjunto reconoce que es esencial ‎que se preste la debida atención a preservar el carácter de estos edificios y áreas tradicionales. ‎Además, en línea con los objetivos nacionales e internacionales sobre la reducción de CO2, es ‎esencial que las renovaciones de edificios antiguos aprovechen al máximo las prácticas ‎existentes y emergentes para aumentar la eficiencia energética. Además es fundamental no ‎hacerlo de una manera que comprometa la integridad de las casas, el confort, ni la salud de los ‎ocupantes. ‎A menudo, las construcciones históricas ofrecen beneficios naturales para el bienestar de los ‎usuarios. Muchas de ellas fueron planeadas cuidadosamente con grandes espacios naturales, ‎altos niveles de luz y otros aspectos que conducen al bienestar. En este sentido, es necesario ‎encontrar un balance entre la disminución de las emisiones de carbono y el mantenimiento de ‎las condiciones de bienestar en las viviendas. Por tanto, el desafío es renovar las casas antiguas ‎a un estándar de eficiencia energética que promueva y mantenga sus beneficios para la salud. ‎La renovación de las viviendas tradicionales hacia viviendas de bajo consumo de energía podría ‎tener consecuencias adversas e involuntarias que implicarían una disminución de la ‎iluminación natural y la calidad del aire interior, junto con otros riesgos, como elsobrecalentamiento de los espacios habitables. Una combinación de técnicas de ventilación ‎natural y uso de calefacción radiante crearía un ambiente más sostenible y saludable. Otra ‎solución para mejorar la calidad del aire sería evitar determinados productos y materiales que ‎retengan la humedad y emitan sustancias químicas peligrosas. La mayor parte de la literatura ‎señala que una parte significativa del consumo de energía en las viviendas depende de las ‎pérdidas de energía a través de los componentes de la vivienda, como consecuencia del ‎deficiente comportamiento térmico de los componentes actuales, especialmente de las ventanas . ‎Hay una falta de información sobre temas relacionados con la salud y la calidad del aire interior ‎de las viviendas. Las desventajas de las técnicas constructivas que se aplican comúnmente para ‎mejorar la eficiencia energética en viviendas no se han evaluado adecuadamente. No obstante, ‎unos pocos estudios muestran que la renovación de una vivienda puede tener resultados ‎adversos que impliquen una disminución de la iluminación, el sobrecalentamiento y el ‎deterioro de la calidad del aire interior. Con respecto al balance energético de las casas, las ‎pérdidas por transmisión de calor a través de los muros opacos son uno de los términos más ‎importantes del balance. La estimación de la eficiencia térmica de los elementos opacos ‎conlleva diversas dificultades, entre las que destacan la falta de datos apropiados para simular ‎el comportamiento energético del edificio con software de tipo dinámico o estático. Además, ‎es esencial el planteamiento de mejoras en las nuevas herramientas de simulación de energía ‎usadas en viviendas tradicionales, agregando bases de datos específicas que incorporen ‎propiedades termofísicas de los elementos de la casa e información más apropiada relacionada ‎con las técnicas de construcción tradicionales. ‎La integración de las energías renovables y el ahorro de la energía en las viviendas permiten ‎avanzar por una senda que extiende la duración de los combustibles fósiles, a la vez que ‎contribuye a descontaminar el medio ambiente. El reconocimiento de las características ‎particulares de las viviendas tradicionales y la determinación de la mejor manera de satisfacer ‎sus necesidades es un paso fundamental hacia una mejor y más sostenible gestión de los ‎recursos existentes. Por lo tanto, es esencial tener en cuenta las características específicas de ‎estas viviendas y equilibrar todos los problemas asociados para mejorar tanto su calidad ‎ambiental interior como su eficiencia energética. ‎Los cálculos de la transmitancia térmica (U) son la base para la evaluación energética de las ‎viviendas, siendo una de las bases fundamentales de la legislación y la política energética del ‎sector residencial. La tesis analiza la relación existente entre la antigüedad de la casa, los ‎valores de U de sus componentes y su eficiencia energética. No hay ningún artículo científico ‎que cuantifique la relación exacta que existe entre la edad de la vivienda y los valores de U de ‎sus componentes, calculados mediante software específico. En consecuencia, este estudio ‎pretende evaluar esta relación, ya que este es uno de los factores importantes del ‎comportamiento térmico que guía las evaluaciones de eficiencia energética y la ‎implementación de medidas de eficiencia energética. El estudio no se limita solo a la ‎evaluación de los valores de U, sino que contribuye a un estudio más amplio de evaluación de ‎la sostenibilidad relacionando el efecto del aislamiento en la envolvente térmica, la eficiencia ‎energética y la calificación del impacto ambiental. Los resultados de este estudio proceden de ‎un total de cien casas tradicionales escocesas utilizadas como casos de estudio y ubicadas en ‎climas que presentan mínimas variaciones en sus condiciones, por lo que son más valiosos y ‎fiables. Aunque la solución seleccionada para la renovación de las viviendas hacia el estándar ‎de energía casi nula depende de las características de la vivienda y la zona climática, se observa ‎una relación directa entre los valores de U de los elementos, la antigüedad de una propiedad y ‎su eficiencia energética. Conforme más antiguas son las casas, se observa una menor ‎mejora/cambio en los valores de U. En este sentido, los valores de U de los elementos de las ‎viviendas construidas después de 1985 descienden con una pendiente mayor. El máximo ‎potencial de eficiencia energética se observa en las casas construidas entre 1540 y 1814. Al ‎analizar la calificación de impacto ambiental de las viviendas se observan resultados similares. ‎Por lo tanto, las casas tradicionales deberían ser prioritarias en los procesos de rehabilitación ‎energética. ‎Además de las viviendas tradicionales existentes, en la tesis también se estudian los estándares ‎de eficiencia energética para las viviendas nuevas. Cabe señalar que todas las nuevas viviendas ‎construidas a partir de finales de 2020 en los estados miembros de la Unión Europea deben ser ‎de energía casi cero. La tesis analiza los valores de U y los materiales utilizados en una vivienda ‎nueva típica ubicada en dos países europeos (Reino Unido y España) con diferentes ‎regulaciones y clima. También se estudia la influencia de los diferentes tipos de materiales y ‎valores de U en la eficiencia energética de las nuevas viviendas de acuerdo con los estándares. ‎Las mediciones in situ permiten evaluar mejor el comportamiento térmico de los muros ‎tradicionales. Sin embargo, en la actualidad, no hay suficientes datos experimentales ‎relacionados con las soluciones constructivas tradicionales. La tesis presenta los resultados de ‎medidas experimentales del valor de U en un conjunto de doce casas tradicionales escocesas y ‎evalúa la idoneidad de usar software de simulación energética para estimar los valores de U en ‎la construcción tradicional. Excepto en un caso de estudio, los resultados de las mediciones ‎realizadas en estas viviendas son generalmente más bajos que la transmitancia térmica ‎calculada mediante software. Los cálculos del valor de U en paredes construidas de ladrillo, ‎que presentan composiciones mejor definidas están más cerca de los resultados de las ‎mediciones in situ. Esta coincidencia se aprecia especialmente en soluciones que incorporan ‎una capa de aislamiento térmico, ya que los elementos aislantes parecen tener propiedades ‎térmicas similares a las declaradas por los fabricantes. ‎En los últimos años, los edificios han sido diseñados para estar mejor aislados y más ‎herméticamente sellados con objeto de mejorar su eficiencia energética. En términos ‎energéticos resulta útil, ya que permite tener una suficiente ventilación, reduciendo las pérdidas ‎de energía. Sin embargo, existe la preocupación de que los cambios realizados en la envolvente ‎del edificio para mejorar la eficiencia energética puedan conducir a una acumulación de ‎contaminantes y unos niveles de humedad excesivos en determinadas circunstancias. La tesis ‎presenta un completo estado del arte de diferentes aspectos que afectan a la calidad ambiental ‎interior y a la salud de los usuarios en los edificios, como las obras de rehabilitación, la calidad ‎del aire interior, los servicios de la casa, etc. La tesis ilustra cómo es posible implementar ‎prácticas sostenibles en la renovación de las viviendas tradicionales. Se presenta un enfoque ‎holístico e interdisciplinar basado en una apreciación y comprensión de las características ‎intrínsecas particulares de muchas viviendas antiguas, que es un reflejo de la manera en que se ‎han desarrollado a lo largo del tiempo; analizando los materiales y métodos de construcción ‎utilizados; las diferencias entre el comportamiento real y previsto; y el reconocimiento y ‎protección formal que ofrece la legislación. ‎Las ventanas, especialmente las tradicionales, se consideran el primer elemento constructivo ‎que debe ser reemplazado con el fin de reducir las pérdidas de calor en las viviendas. Debido ‎a su potencial de ahorro de energía, es imperativo elegir las ventanas más apropiadas, ya que ‎tienen una gran influencia durante el periodo de uso de la vivienda, con una vida útil de entre ‎‎20 y 50 años, o más. Diseñar ventanas adecuadamente, no solo mejora el ambiente térmico ‎interior, sino que también permite proporcionar ventilación natural e iluminación natural. Hay ‎varias razones para estudiar la eficiencia energética de las ventanas; por ejemplo, las pérdidas ‎y ganancias de calor a través de las ventanas representan alrededor del 30% de la energía ‎utilizada para la calefacción y refrigeración. Además, las ventanas influyen en las emisiones, ‎el confort térmico y las facturas de calefacción/refrigeración. Esta tesis analiza el estado del ‎arte de varios parámetros relacionados con la eficiencia energética de las ventanas, como los ‎tipos de ventanas, las opciones de reparación o reemplazo, la calidad del vidrio, los tipos de ‎marcos, la pintura de las ventanas, etc. Además se estudian concisamente otros factores como ‎la transferencia de calor, la infiltración, el riesgo de condensación, el aislamiento frente al ruido ‎y la protección ultravioleta. También se analizan brevemente las tecnologías de ventanas ‎futuras, como por ejemplo, las ventanas de cero-energía, las ventanas integradas, el ‎acristalamiento dinámico, los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés), las ‎ventanas con células solares semitransparentes y las ventanas altamente aislantes, como el ‎acristalamiento al vacío. ‎Finalmente, la tesis evalúa la influencia de las ventanas en la eficiencia energética de toda la ‎casa, considerando el mismo conjunto de doce casas tradicionales escocesas mencionadas ‎anteriormente. A partir de este análisis, se puede concluir que es prioritario reemplazar las ‎ventanas de acristalamiento simple debido a su deficiente condición térmica, las emisiones de ‎carbono dominantes asociadas y su mayor potencial de ahorro de energía en caso de ser ‎reemplazadas. En el caso del doble acristalamiento, se sugiere su reparación debido a la mayor ‎cantidad de carbono incorporado y al mayor coste económico asociado a su reemplazo. Al ‎comparar la iluminación diurna de estas casas tradicionales con los requisitos establecidos para ‎nuevas construcciones en el estándar LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), ‎se observa que la iluminación diurna en todos los casos de estudios está en mal estado. Una ‎posible solución podría ser usar un vidrio transparente no oscuro, ya que el color del vidrio no ‎influye en el valor de U, pero es un factor importante para la iluminación diurna. ‎<br /

Reinforcement of wood with natural fibers

This paper describes an experimental programme which examines the reinforcement in flexure of timber beams with composite materials based on natural fibers in the form of fabrics made from hemp, flax, basalt and bamboo fibers. The industrial use of natural fibers has been continuously increasing since 1990s due to their advantages in terms of production costs, pollution emissions and energy consumption for production and disposal. The technique allows the reinforcement of the intrados of beams, avoiding the dismantling of the overlying part of the structure with significant savings in terms of costs and work time. The test program consists of three phases incorporating 45 beams. The bending tests on the wooden elements made it possible to measure the increase in capacity and stiffness resulting from the composite reinforcement. This was applied to beams, creating different arrangements and using different quantities (number of layers). Despite the diversity of the various tests carried out, the results obtained in some cases showed significant increases in terms of load-carrying capacity and in deflection ductility

Design of methodologies and empirical application for the characterization of social housing and approach for energy vulnerability reduction

La pobreza energética es un problema común en las viviendas sociales en toda Europa, con un impacto más fuerte en los países del sur de Europa. En Europa, la proporción de viviendas sociales es alta, y dichas viviendas tienden a estar habitadas por unidades familiares con ingresos por debajo de la media, que son particularmente vulnerables a la pobreza energética. La primera parte de la investigación propone un nuevo enfoque metodológico para definir un índice multicriterio que permita realizar una evaluación de la vulnerabilidad energética de los hogares. Este método se puede utilizar para mejorar la gestión de la vivienda social y priorizar soluciones y acciones de mitigación de la pobreza energética. La segunda parte de este trabajo de investigación tiene como objetivo proporcionar una reflexión sociopolítica del papel desempeñado por los trabajadores sociales y las políticas regionales, así como de las necesidades reales de los hogares afectados por la pobreza energética. La investigación también examina el impacto que tiene la formación técnica especializada de los trabajadores sociales en la prevención y mitigación de las condiciones de pobreza energética en los hogares europeos. Además, las políticas regionales que apuntan a mitigar la pobreza energética de los hogares se examinan desde la perspectiva profesional de los trabajadores sociales.La tercera parte del trabajo tiene como objetivo caracterizar la pobreza energética de un conjunto de hogares representativos de quienes residen en viviendas sociales en modo de alquiler, específicamente en bloques de apartamentos en el sur de Europa. Se analizaron las principales variables que afectan el consumo y los costes de la energía, así como los modelos desarrollados para las simulaciones energéticas por ordenador, que se aplican para predecir el consumo de energía en la vivienda social. Los resultados demuestran que en este tipo de vivienda se encuentra generalmente a una temperatura por debajo del nivel de confort térmico promedio. Se advierte que tomar un nivel de confort térmico estándar para simulaciones puede generar diferencias significativas entre la simulación energética de la vivienda y los datos de consumo real, que está entre 40% y 140% por debajo del consumo simulado. Este hecho es de gran importancia, ya que la simulación energética por ordenador es una herramienta comúnmente utilizada para predecir el comportamiento energético de cualquier tipo de edificio.La cuarta parte de la investigación leva a cabo un análisis exhaustivo de las posibles medidas de eficiencia energética en los edificios de viviendas sociales, caracterizando las medidas por el ahorro energético y económico y por la inversión necesaria adaptadas a un caso de estudio de vivienda social, y proponiendo diferentes métodos de priorización. Se ofrece un enfoque racional de priorización de las medidas de eficiencia que mejor se adaptan a este tipo particular de vivienda, con el objetivo de aumentar el confort térmico de los residentes y mitigar el problema de la pobreza energética. Los resultados muestran que existe una amplia gama de medidas de eficiencia para ser aplicadas en este tipo de viviendas con un coste nulo o muy bajo, lo que representa un ahorro anual por vivienda promedio de alrededor del 55% del coste inicial de la energía, incluyendo medidas aplicables a cada vivienda individual, y al edificio en su conjunto, con un periodo de retorno simple de las inversiones de aproximadamente 1,5 años.<br /

Analysis of the environmental performance of life-cycle building waste management strategies in tertiary buildings

At urban level, the generation Municipal Solid Waste and Construction and Demolition Waste is mostly related to the life-cycle of buildings. An evaluation method based on Life Cycle Assessment methodology is presented in this paper to make an analysis of the environmental performance of different life-cycle building waste management strategies in tertiary buildings. As a case study, several waste management strategies considering a tertiary building located in the city of Zaragoza in Spain, are studied. The aim of the case study is to compare the environmental impacts, in terms of Global Warming Potential, of the scenarios proposed focussing on the waste minimisation and avoidance of landfilling of at least 10% for the Municipal Solid Waste generation during a building''s use stage, and Construction and Demolition Waste generated during its construction and end-of-life. In case of Municipal Solid Waste, the results show that when a recovery scenario includes energy recovery from the residual fraction of the mechanical-biological treatment plant in the form of Refuse Derived Fuel, greater benefits in terms of the Global Warming Potential are obtained than with current scenarios of landfill deposition of the residual fraction. On the other hand, in case of Construction and Demolition Waste, a similar situation can be observed in case of an increase of the recovery rates of metals

Simplified structural design and LCA of reinforced concrete beams strengthening techniques

This work provides the Life Cycle Assessment (LCA) of four commonly used strengthening techniques of re- inforced concrete beams. Firstly, it provides a simplified methodology to size the strengthening, overcoming the need of extensive knowledge in structures. Secondly, it provides the application of LCA to the selected techni- ques. The method improves the applicability of LCA to buildings, analyzes the environmental differences be- tween techniques, and reveals the importance of the anchoring method as well as the enormous benefit in reusing building structures. Results obtained for conventional beams are displayed in tables ready to use in LCAs with broader boundary systems

Conciliación laboral y brecha salarial. Un análisis desde la perspectiva de género, las políticas de empleo y la igualdad de oportunidades

Principales políticas de empleo, protección, bienestar, cohesión social, consecuencias de la precariedad laboral, análisis de las políticas sociolaborales en el marco de las políticas públicas y factores de inclusión y exclusión social. Conclusiones apoyadas con una encuesta realizada a mujeres de diferentes edade

Information and Communications Technologies (ICTs) for energy efficiency in buildings: Review and analysis of results from EU pilot projects

Information and Communications Technologies (ICTs) can play a potential role in improving the energy performance of buildings by the implementation of effective solutions that take advantage of the energy interactions between all the elements included in a building. A revision of the 105 pilots implemented or under implementation in 18 projects in the area of ICTs for energy efficiency in buildings located in 23 European countries, through 88 cities with different types of climates, buildings and technologies have been carried out through documentary and field analysis of the energy, economic and social project results. These results have been extrapolated to assess the potential energy savings which could be expected at the EU level by implementing the solutions proposed by the projects. By the implementation of the different ICT solutions, buildings have achieved more than 20% energy savings. Pilots have demonstrated that the effectiveness of the ICT solution does not depend directly on the different climates where the solutions are implemented, but on several factors, such as the level of motivation, perceived thermal comfort, quality of social interaction and communication and ICT support

Environmental assessment of a nano-technological aerogel-based panel for building insulation

This study assesses the life-cycle environmental implications linked to the energy efficiency improvement by a nano-technological aerogel based panel insulation solution. A cradle to grave approach has been taken for the environmental evaluation of the product life-cycle, including its integration in an existing residential building for the evaluation of the building''s use phase. The model developed has been also assessed in the 5 European climate zones, evaluating the different performance due to the different weather conditions and the effect of increasing the thickness used. Also, an evaluation of the impacts achieved depending on the heating source used, together with the comparative analysis with other traditional insulation materials complete the paper. This innovative aerogel based panel takes advantage of nanotechnology to increase its lifetime and reduce its thickness, in-building installation time and cost in comparison to conventional insulating materials. As a result, due to its low thermal conductivity (0.015 W/mK), only 10 mm aerogel based insulation panel is needed to achieve the same level of insulation of 25 mm thickness of standard Expanded Polystyrene Panel. This difference increases when the passive house requirements of façade thermal insulation are considered with thermal transmittance values in the range between 0.1 and 0.15 W/(m2K). From the results, a reasonable thickness of insulation material is available only with Aeropan in comparison to Expanded Polystyrene, Extruded Polystyrene and Mineral Wool, demonstrating its suitability in the accomplishment of passive house requirements with a significant reduction of the space needed. Thus, net life-cycle environmental benefits were found in all scenarios making this product suitable for the retrofitting of existing buildings by both, external or internal thermal insulation, minimizing at the same time the space occupied by the insulation solution

Energy vulnerability composite index in social housing, from a household energy poverty perspective

In Europe, the proportion of social housing is high, and such houses tend to be inhabited by below average-income households, which are particularly vulnerable to energy poverty. This article proposes a new methodological approach for defining an index for household energy vulnerability assessment. This method can be used to improve the management of social housing. After establishing a heuristic framework for household energy poverty-which stems from different causes such as income, the characteristics of the residence, energy installations, and the energy-consumption habits of household members-multi-criteria analytical methods, based on the aggregation of indicators which reveal the conditions leading to energy poverty, have been applied, and effective means of intervention are proposed. The method is also applied to a sample of social houses and thus validated as a useful tool in decision-making processes which concern the management of social housing from a household energy-poverty perspective