Computational fluid dynamics (CFD) applied to buildings sustainable design: natural ventilation. Case study

Tesis por compendioThrough the last decades, building designers should deal with reliable design strategies to take advantage of natural resources in order to increase energy efficiency in buildings, as well as to promote sustainable development and add value to the society. This thesis proposes a reliable building design strategy to improve buildings energy efficiency by means of natural ventilation (NV) use. The strategy consists in evaluating the most suitable architectural solution in a particular case study taking into account environmental conditions and building surroundings in order to maximize NV use since the early building design stage. Computational fluid dynamics (CFD) techniques are used to conduct the research. This is a powerful design tool that permits buildings NV behaviour simulation prior to building construction. Therefore, the aim of the thesis is to provide a real case study building in which the NV design strategy is applied to show a reliable example and support building design decisions since the design stage. The design strategy is based on the use of a commercial numerical code that solves the fluid mechanic equations. The CFD software simulates the features that influence NV and predicts its behaviour in the different building configurations prior to building construction. This numerical technique allows, on the one hand, the visualization of air flow paths in buildings. On the other hand, many quantifiable parameters are calculated by the software. Through the analysis and comparison of those parameters, the best architectural solutions are chosen. With regards to all possible architectural decisions, the research is focused on the façade configuration selection and the building location. First of all, the NV design strategy feasibility is analysed in a particular region: the Mediterranean Valencian Coastal area (Spain). The region is characterized by the uniform conditions of the prevailing wind during the warm season. Then, a validated CFD simulation is used to analyse qualitatively and quantitatively the building surrounding influence on wind paths through and around buildings. The objective is to compare different façade opening positions and select the alternative that takes more profit of the NV resources available. Additionally, a general quantification of the ventilated façade contribution to buildings energy efficiency is presented under the frame of the façade configuration selection. Secondly, two simulations are conducted to analyse two different building locations. The assessment of surrounding buildings influence on building NV behaviour is done through validated CFD models. Some parameters and visualizations are proposed to be used in the quantitative and qualitative assessment of each solution respectively. Then, the best location alternative with regards to NV performance is selected. Finally, the research is concluded with the case study building full-scale construction. The indoor CFD simulation used from the beginning is then successfully validated. The NV building behaviour is also successfully verified. Additionally, contrasted performance indexes are used to evaluate indoor comfort conditions: draught risk (DR), predicted mean vote (PMV) and predicted percentage of dissatisfied people (PPD). The results show that comfort conditions can be reached more energy efficiently by means of NV use. Afterwards, it is verified how the comfortable indoor environment conditions are ensured and optimized by the NV use. Although the design strategy is applied to a particular building design, the design strategy potential is that it could be applied to all buildings. Consequently, major potential energy savings could be achieved.Durante las últimas décadas los agentes involucrados en el diseño de edificios deben de utilizar estrategias fiables de diseño que les permitan aprovechar los recursos naturales del entorno con el objetivo de aumentar la eficiencia energética de los edificios así como promover el desarrollo sostenible y generar valor añadido para la sociedad. Esta tesis propone una estrategia de diseño fiable de edificios para mejorar su eficiencia energética mediante el uso de la ventilación natural (NV por sus siglas en inglés "natural ventilation"). La estrategia consiste en evaluar la solución arquitectónica más adecuada teniendo en cuenta las condiciones ambientales y el entorno de los edificios con el objetivo de maximizar el uso de la ventilación natural desde la fase inicial de su diseño. En esta tesis se aplica la estrategia de diseño a un caso de estudio real y particular. La estrategia de diseño se basa en el uso de un código numérico comercial que resuelve las ecuaciones de la mecánica de fluidos (CFD por sus siglas en inglés "computational fluid dynamics"). El software CFD simula las características que influyen en la ventilación natural y predice su comportamiento en los edificios antes de su construcción. Esta técnica numérica permite la visualización del flujo de aire en los edificios. Además, el software permite calcular parámetros que son analizados y comparados posteriormente para elegir la solución arquitectónica que suponga un mejor comportamiento de la ventilación natural. Con respecto a todas las decisiones arquitectónicas posibles, la investigación se centra en la selección de la ubicación del edificio y de la configuración de los huecos de su fachada. En primer lugar, se analiza la viabilidad de la estrategia de diseño en una región determinada: la zona costera Mediterránea de la Comunidad Valenciana. La región se caracteriza por las condiciones uniformes del viento predominante durante la estación cálida. A continuación, se utiliza una simulación de CFD validada para analizar cualitativamente y cuantitativamente la influencia de los edificios circundantes en los flujos del viento a través y alrededor de los edificios circundantes. El objetivo es comparar distintas posiciones de los huecos de la fachada para seleccionar la alternativa que mejor aproveche los recursos de ventilación natural disponibles. Además, se presenta en el marco de la selección de la configuración de la fachada una cuantificación general de la contribución de la fachada ventilada a la eficiencia energética de los edificios. En segundo lugar, se realizan dos simulaciones para analizar dos ubicaciones diferentes del edificio caso de estudio. La evaluación de la influencia de los edificios circundantes en el comportamiento de la ventilación natural del edificio caso de estudio se realiza mediante la utilización de modelos CFD validados. Se proponen distintos parámetros y visualizaciones para la evaluación cuantitativa y cualitativa de cada solución. A continuación se selecciona la mejor ubicación con respecto al comportamiento de la ventilación natural en el edificio caso de estudio. Finalmente, la investigación concluye con la construcción a escala real del edificio caso de estudio. Se valida con éxito la simulación CFD del interior del edificio utilizada desde la etapa de diseño. También se verifica con éxito el comportamiento de la ventilación natural del edificio. Además, se analizan las condiciones de confort interiores mediante la evaluación de los siguientes índices: riesgo de corrientes de aire (DR por sus siglas en inglés "draught risk"), voto promedio previsto (PMV por sus siglas en inglés "predicted mean vote") y el porcentaje previsto de personas insatisfechas (PPD por sus siglas en inglés "predicted percentage of dissatisfied people"). Los resultados muestran que el uso de la ventilación natural permite alcanzar, de manera más energéticamente eficiente, lasDurant les últimes dècades els agents involucrats en el disseny d'edificis utilitzen estratègies fiables de disseny que els permeten aprofitar els recursos naturals de l'entorn amb l'objectiu d'augmentar l'eficiència energètica dels edificis així com promoure el desenvolupament sostenible i generar valor afegit per la societat. Aquesta tesi proposa una estratègia fiable de disseny d'edificis per a millorar la seva eficiència energètica mitjançant l'ús de la ventilació natural (NV per les sigles en anglès "natural ventilation"). L'estratègia consisteix a avaluar la solució arquitectònica més adequada tenint en compte les condicions ambientals i l'entorn dels edificis amb l'objectiu de maximitzar l'ús de la ventilació natural des de la fase inicial del seu disseny. En aquesta tesi s'aplica l'estratègia de disseny a un cas d'estudi real i particular. L'estratègia de disseny es basa en l'ús d'un codi numèric comercial que resol les equacions de la mecànica de fluids (CFD per les sigles en anglès "computational fluid dynamics"). El programari CFD simula les característiques que influeixen en la ventilació natural i prediu el seu comportament en els edificis abans de la seva construcció. Aquesta tècnica numèrica permet la visualització del flux d'aire en els edificis. A més, el programari permet calcular paràmetres que són analitzats i comparats posteriorment per triar la solució arquitectònica que supose un millor comportament de la ventilació natural. Pel que fa a totes les decisions arquitectòniques possibles, la investigació es centra en la selecció de la ubicació de l'edifici i de la configuració de les obertures de la façana. En primer lloc, s'analitza la viabilitat de l'estratègia de disseny en una regió determinada: la zona costanera Mediterrània de la Comunitat Valenciana. La regió es caracteritza per les condicions uniformes del vent predominant durant l'estació càlida. A continuació, s'utilitza una simulació de CFD validada per analitzar qualitativament i quantitativament la influència dels edificis circumdants en els fluxos del vent a través i al voltant dels edificis circumdants. L'objectiu és comparar diferents posicions dels buits de la façana per seleccionar l'alternativa que millor aprofite els recursos de ventilació natural disponibles. A més, en el marc de la selecció de la configuració de la façana es presenta una quantificació general de la contribució de la façana ventilada a l'eficiència energètica dels edificis. En segon lloc, es realitzen dues simulacions per analitzar dues ubicacions diferents de l'edifici cas d'estudi. L'avaluació de la influència dels edificis circumdants en el comportament de la ventilació natural de l'edifici cas d'estudi es realitza mitjançant la utilització de models CFD validats. Es proposen diferents paràmetres i visualitzacions per a l'avaluació quantitativa i qualitativa de cada solució. A continuació es selecciona la millor ubicació pel que fa al comportament de la ventilació natural a l'edifici cas d'estudi. Finalment, la investigació conclou amb la construcció a escala real de l'edifici cas d'estudi. Es valida amb èxit la simulació CFD de l'interior de l'edifici utilitzada des de l'etapa de disseny. També es verifica amb èxit el comportament de la ventilació natural de l'edifici. A més, s'analitzen les condicions de confort interiors mitjançant l'avaluació dels següents índexs: risc de corrents d'aire (DR per les sigles en anglès "draught risk"), mitjana de vots previstos (PMV per les sigles en anglès "predicted mean vote") i el percentatge previst de persones insatisfetes (PPD per les sigles en anglès "predicted percentage of dissatisfied people"). Els resultats mostren que l'ús de la ventilació natural permet assolir, de manera més energèticament eficient, les condicions de confort.Mora Pérez, M. (2017). Computational fluid dynamics (CFD) applied to buildings sustainable design: natural ventilation. Case study [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86208TESISCompendi

Estructura y función de la suplencia de la deficiencia de la queja en el juicio de amparo en materia agraria.

El ministro en retiro Genaro David Góngora Pimentel, en una de sus obras denominada Introducción al Estudio del Juicio de Amparo, relata una historia interesante, la cual no reproduzco a literalidad, empero, sí destaco lo más importante de la misma; se refiere a una persona quien fue aprehendida por elementos del ejército, en tiempos de Francisco Villa, la trasladaban de un lugar a otro a fin de ser ejecutada, luego, al pasar por una de las calles vio al juez de distrito, le pidió amparo y este otorgó la suspensión del acto con lo cual impidió dicha ejecución1 . Esa breve reseña me parece ilustrativa de los alcances, la importancia que tiene el juicio de amparo y hasta dónde puede llegar la trascendencia de tan importante institución jurídica, en tanto medio de control de la constitucionalidad de los actos, dentro del sistema jurídico mexicano, pues toda autoridad debe actuar con apego al principio de legalidad y en aras de hacer eficaces los derechos fundamentales de toda persona. En ese sentido, la breve reseña de la anécdota descrita si bien se puede establecer en pocas líneas, de igual forma resulta ilustrativa de los alcances protectores de los derechos fundamentales y su eficacia mediante el juicio de amparo, en tanto el juzgador preservó la vida del sujeto aprehendido

Valoración financiera de la marca Play Model

La valoración de marcas es un procedimiento que permite conocer cuantitativa y cualitativamente los beneficios que esta genera sobre los resultados de la empresa, es decir, la utilidad que genera el tener un reconocimiento en el mercado, una buena calidad, un buen servicio, entre otros. Este proyecto se origina por la necesidad que presenta la empresa Sarai Clothing S.A de valorar financieramente la marca Play Model, para reflejarlo en sus estados financieros y así ser de gran utilidad en la toma de decisiones. La metodología para el desarrollo del trabajo se basará en seleccionar un modelo de valoración que se ajuste a las características de la empresa y posteriormente se aplicará para cumplir con el objetivo propuesto que es dar un valor a la marca Play Model

Optimal pricing for electricity retailers based on data-driven consumers' price-response

In the present work, we tackle the problem of fnding the optimal price tarif to be set by a risk-averse electric retailer participating in the pool and whose customers are price sensitive. We assume that the retailer has access to a sufciently large smart-meter dataset from which it can statistically characterize the relationship between the tarif price and the demand load of its clients. Three diferent models are analyzed to predict the aggregated load as a function of the electricity prices and other parameters, as humidity or temperature. More specifcally, we train linear regression (predictive) models to forecast the resulting demand load as a function of the retail price. Then, we will insert this model in a quadratic optimization problem which evaluates the optimal price to be ofered. This optimization problem accounts for diferent sources of uncertainty including consumer"s response, pool prices and renewable source availability, and relies on a stochastic and risk-averse formulation. In particular, one important contribution of this work is to base the scenario generation and reduction procedure on the statistical properties of the resulting predictive model. This allows us to properly quantify (data-driven) not only the expected value but the level of uncertainty associated with the main problem parameters. Moreover, we consider both standard forward-based contracts and the recently introduced power purchase agreement contracts as risk-hedging tools for the retailer. The results are promising as profts are found for the retailer with highly competitive prices and some possible improvements are shown if richer datasets could be available in the future. A realistic case study and multiple sensitivity analyses have been performed to characterize the risk-aversion behavior of the retailer considering price-sensitive consumers. It has been assumed that the energy procurement of the retailer can be satisfed from the pool and diferent types of contracts. The obtained results reveal that the risk-aversion degree of the retailer strongly infuences contracting decisions, whereas the price sensitiveness of consumers has a higher impact on the selling price ofered.The authors gratefully acknowledge the financial support from the Spanish government through projects PID2020-116694GB-I00 and PID2019-111211RBI00/ AEI/10.13039/501100011033, and from the Madrid Government (Comunidad de Madrid) under the Multiannual Agreement with UC3M in the line of “Fostering Young Doctors Research” (ZEROGASPAIN-CM-UC3M), and in the context of the V PRICIT (Regional Programme of Research and Technological Innovation

Quantification of Ventilated Façade Effect Due to Convection in Buildings

[EN] The external layer in a building has a paramount role under the building s energy behaviour point of view. The ventilated façade is a passive system installed on buildings to improve the global energy behaviour. The ventilated façade performance is described. Ventilated façade is mainly based on convection and radiation. This contribution focuses on the convective effect due to buoyancy driven respect to wind forces in the ventilated gap and their influence on the building thermal behaviour. To do so, several computational fluid dynamics models are undertaken with 1.5m/s, 0.5m/s and 0.2m/s wind velocities and a wind temperature of 298K and 300K. In the modelled conditions, the temperature of the external face of the façade was decreased due to the ventilated façade effect at 0.2m/s. 35% of the temperature reduction was due to natural convection buoyancy-driven effect and the rest due to wind-driven effect. With higher wind velocities (1.5m/s) the temperature reduction due to the convective effect was negligible. According to these simple trials, it can be concluded that the buoyancy driven forces have influence only below a certain threshold of wind velocity. The paper helps to better understand the behaviour of the ventilated façade installed in a building and allow designers to quantify the influence of the façade on the global building energy balance.Mora-Pérez, M.; López-Patiño, G.; López Jiménez, PA. (2014). Quantification of Ventilated Façade Effect Due to Convection in Buildings. Researches and Applications in Mechanical Engineering. 3(1):1-11. http://hdl.handle.net/10251/107309S1113

The effects of economic integration on the specialisation and geographical distribution of industrial activity in the EU countries

Artículo de revist

Natural Ventilation Building Design Approach in Mediterranean Regions A Case Study at the Valencian Coastal Regional Scale (Spain)

[EN] Environmental awareness has led to an increased concern about low carbon technologies implementation. Among these technologies, the following research is focused on the natural ventilation effect evaluation in buildings prior to its construction. The aim is to select the most suitable architectural solution to ensure comfortable indoor environment in the most efficient way in the early building design stage. The design approach takes into account the wind conditions in the region and the building surroundings to evaluate the façade opening distribution impact on natural ventilation performance. The design approach is based on computational fluid dynamics (CFD). In this article, a case study located in the Valencian Community (Spain) is depicted. The Valencian Community coastal climatic conditions are evaluated to assess the low carbon technology energy saving potential. Moreover, the main drivers and barriers involved in the design approach implementation in the region are discussed. The conclusions show that the natural ventilation design approach can improve up to 9.7% the building energy performance respect an initial building design, in which natural ventilation has not been considered. The results contribute to an assessment of the complete low carbon technology effect in the region.Mora-Pérez, M.; Guillén Guillamón, IE.; López-Patiño, G.; López Jiménez, PA. (2016). Natural Ventilation Building Design Approach in Mediterranean Regions A Case Study at the Valencian Coastal Regional Scale (Spain). Sustainability. 8(9):1-15. doi:10.3390/su8090855S1158

A comprehensive placement test tool for language centres

©[2011] by Walter de Gruyter Berlin Boston[EN] One of the main problems relating to language courses offered at language centres is measuring the students' entry-level skills in a fast, efficient and reliable way. This problem is particularly acute in language centres with large numbers of students, especially at the beginning of the academic year, as a mechanism has to be implemented which serves to determine the language skills of students prior to the registration period. For this purpose we have developed a software tool that allows us to determine a student's level quickly and effectively, while managing volumes of approximately 600 students in each of the two academic periods in which the courses are offered. The tool presented has been tested and validated over four years of use, giving results that demonstrate a high degree of reliability. Also, given the program's flexibility, it can be adapted to other specific needs, and can also be used to assess proficiency in terms of the levels of the Common European Framework of Reference for Languages.Jaime Pastor, MA.; Pérez Guillot, MC.; Candel Mora, MÁ. (2012). A comprehensive placement test tool for language centres. Language Learning in Higher Education. 1(2):325-331. doi:10.1515/cercles-2011-0020S3253311

Impedance spectroscopy characterisation of highly efficient silicon solar cells under different light illumination intensities

Highly efficient silicon solar cells have been characterised by impedance spectroscopy and current–potential characteristic in the dark and with different illumination intensities. For each illumination the impedance behaviour has been analysed at different applied bias potentials, in the forward and reverse region, comparing the results with the current–potential characteristic. Different cell parameters, as series and parallel resistances, capacitance, diode factor, minority carrier lifetime, acceptor impurities density and depletion layer charge density have been obtained as a function of bias voltage for different light illumination intensities. The effect of light-generated carriers and applied bias in the behaviour of the solar cell under illumination is discusse

DCI-CTO Software para el Análisis de Estructuras Aporticadas de Máximo dos Pisos y Asignación de aceros en Vigas Rectangulares y Columnas Cortas Rectangulares

Actualmente la tecnología ha tomado parte indispensable de nuestra vida tanto en el ámbito personal como profesional, a medida que esta avanza, se crean diversas necesidades, y esto conlleva a que diferentes softwares queden obsoletos con el paso del tiempo. Enfocándonos en esta problemática buscamos desarrollar un software dinámico y de fácil comprensión al usuario, que cumpla con los estándares actuales de diseño y que asimismo permita ser actualizado con el paso del tiempo, para que poco a poco se complemente a sí mismo y no sea obsoleto con el tiempo, asemejándose a softwares de uso cotidiano en la profesión, como lo puede ser el mismo SAP 2000 o el AutoCAD