Browsing by Author "Vera Araya, Sergio Eduardo"

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    A critical review of heat and mass transfer in vegetative roof models used in building energy and urban enviroment simulation tools
    (2018) Vera Araya, Sergio Eduardo; Pinto, Camilo; Tabares Velasco, Paulo Cesar; Bustamante Gómez, Waldo; CEDEUS (Chile)
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    A model for simulating the performance and irrigation of green stormwater facilities at residential scales in semiarid and Mediterranean regions
    (2017) Herrera, J.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Castro, L.; Vera Araya, Sergio Eduardo; Reyes, R.; Gironás León, Jorge Alfredo
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    A Novel Offsite Construction Method for Social Housing in Emerging Economies for Low Cost and Reduced Environmental Impact
    (MDPI, 2023) Tapia Reed, Danilo Alejandro; González Hormazábal, Marcelo Andrés; Vera Araya, Sergio Eduardo; Aguilar, Carlos
    Offsite construction methods have shown many advantages over traditional construction techniques, especially related to efficiency and productivity during the construction phase. Nevertheless, offsite construction generally involves oversizing the internal structure of the modules due to the internal stresses produced during transport and lifting operations, producing an increase in material usage, direct cost, and carbon footprint. In developing countries, the direct cost of social housing is the most important factor determining the feasibility of construction. For this reason, oversizing the internal structure of the modules can play an important role in the adoption of a modern construction technique such as offsite construction systems. In order to solve this issue, a temporary reusable stiffener structure is proposed to allow an economical offsite construction system using a lightweight steel framing structure used in traditional methods. The reusable structure was designed using a finite element method, and the direct cost and carbon footprint of the structure were evaluated. The results show that the proposed construction strategy allows for a low cost and reduced environmental impact due to a lower usage of materials in the modules and the possibility of a circular economy approach to the reusable structure.
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    An integrated thermal and lighting simulation tool to support the design process of complex fenestration systems for office buildings
    (2017) Bustamante Gómez, Waldo; Uribe, Daniel; Vera Araya, Sergio Eduardo; Molina, Germán; CEDEUS (Chile)
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    Analysis and comparison of two vegetative roof heat and mass transfer models in three different climates
    (2019) Vera Araya, Sergio Eduardo; Pinto, Camilo; Tabares Velasco, Paulo César; Molina, Germán; Flamant, Gilles; Bustamante Gómez, Waldo; Pianella, Andrea; Kincaid, Nicholas; CEDEUS (Chile)
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    Architectural design strategies based on experimental analysis in office buildings in Santiago, Chile.
    (2012) Bustamante Gómez, Waldo; Encinas Pino, Felipe; Vásquez Z., Claudio; Vera Araya, Sergio Eduardo
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    Assessing and understanding the interaction between mechanical and thermal properties in concrete for developing a structural and insulating material
    (2017) Remesar Lera, José Carlos; Vera Araya, Sergio Eduardo; López Casanova, Mauricio Alejandro; CEDEUS (Chile)
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    Awareness, actions, drivers and barriers of sustainable construction in chile
    (2013) Serpell Bley, Alfredo; Kort, Jorge; Vera Araya, Sergio Eduardo; CEDEUS (Chile)
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    CFD modeling of basic convection cases in enclosed environments : Needs of CFD beginners to acquire skills and confidence on CFD modeling
    (2014) Magdalena, Cortés; Paul, Fazio; Jiwu, Rao; Bustamante Gómez, Waldo; Vera Araya, Sergio Eduardo
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    Corrigendum to “A critical review of heat and mass transfer in vegetative roof models used in building energy and urban environment simulation tools” [Appl. Energy 232 (2018) 752–764] (Applied Energy (2018) 232 (752–764), (S0306261918313904), (10.1016/j.apenergy.2018.09.079))
    (2020) Vera Araya, Sergio Eduardo; Pinto Cuevas, Camilo Ignacio; CesarTabares Velasco, Paulo; Bustamante Gómez, Waldo; CEDEUS (Chile)
    The authors regret “that Fig. 1 does not fully represent correct green roof practice now provided an updated figure”. [Figure presented] The authors would like to apologise for any inconvenience caused.
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    Coupling energyplus and two improved and validated heat and mass transfer vegetated roof models in Matlab for retail building energy simulations in semiarid climates
    (2017) Pinto Cuevas, Camilo Ignacio; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los edificios consumen un 32% de la energía a nivel mundial. Del consumo total correspondiente a edificios, un 17% es atribuible a edificios de retail. Considerando que estos edificios se caracterizan por contar con una gran superficie de techo en comparación a la de sus muros, las cubiertas vegetales se presentan como una opción viable para disminuir su consumo energético. Para estimar la disminución de ahorro energético con el uso de esta tecnología, diversos modelos de transferencia de calor y masa en cubiertas vegetales se han desarrollado en los últimos 25 años. A pesar de contar con estas herramientas, ni uno de estos modelos ha sido desarrollado para climas semiáridos. Del mismo modo, a pesar de asegurar la disminución del consumo energético en edificios, ni uno de estos modelos ha sido validado mediante consumo de energía ni considerando las condiciones interiores de un edificio real. Dado que se cuenta con muy pocas herramientas de apoyo al diseño de cubiertas vegetales que ayuden a optimizar su desempeño energético en climas semiáridos, el propósito de esta tesis es el desarrollo y validación de una herramienta de simulación que considere el acoplamiento de dos modelos de cubiertas vegetales implementados en Matlab con el software de simulación energética de edificios Energy Plus. Los modelos fueron validados considerando 3 diferentes cubiertas vegetales ubicadas en el Campus San Joaquín de la Pontificia Universidad Católica de Chile,ubicada en la ciudad de Santiago.
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    Design by optimization of a net zero energy mining camp at high altitude and cold climate in the Chilean Andes mountain
    (2018) Dietz Muñoz, Annelore Ilse; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La Industria de la minería es uno de los mayores consumidores de energía eléctrica en Chile, consumiendo un 32% del total de producción de esta energía. Se proyecta que el consumo de electricidad del sector de la minería crecerá en 53.3% entre el 2015 y 2026. Los campamentos mineros en Chile se encuentran en su mayoría en la cordillera de los Andes, por sobre los 3,000 msnm y expuestos a condiciones climáticas frías. Reportes de sustentabilidad de las compañías mineras muestran que el consumo promedio de los campamentos mineros es entre 350 y 500 kWh/m2. El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un campamento de energía neta cero mediante la herramienta de optimización GenOpt acoplado con Energy y Python, tomando en consideración las condiciones de los campamentos mineros que influyen en el desempeño energético, innovadores sistemas de calefacción y aire acondicionado en conjunto con agua caliente sanitaria, las energías renovables existentes en Chile y reducir el riesgo de sobrecalentamiento. Este estudio se basa en un campamento minero real, Quebrada Blanca 2, el cual se encuentra a 4,400 msnm. Tiene 30,000 m2, capacidad para 1,700 trabajadores y está construido de módulos prefabricados de madera. La temperatura exterior varía entre los -5,6 °C y 10.7°C. Los principales resultados muestran que las estrategias optimizadas de eficiencia energética y el sistema de clima propuesto pueden reducir en un 65.8% el consumo original de energía de Quebrada Blanca 2 y evitar el sobrecalentamiento. Además, el campamento puede alcanzar los objetivos de NZEB solo utilizando el 57% del área de techo disponible y con 12% de eficiencia de los TFSMs. Por lo tanto, se puede concluir que se puede diseñar por optimización campamentos mineros de energía neta cero.
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    Design, control and optimization of complex fenestration systems of office buildings
    (2016) Uribe, Daniel; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El sector de edificación consume el 40% de la energía y genera un tercio de las emisiones de gases invernadero a nivel mundial. Las fachadas altamente vidriadas son un elemento común en la arquitectura moderna de los edificios de oficinas que puede producir disconfort visual en los ocupantes y alto consumo energético. Los sistemas complejos defenestración (CFS por sus siglas en inglés) tienen un rol fundamental en el desempeño energético de edificios de oficinas, controlando las ganancias solares y la transmisión de luz visible. El término CFS se refiere a sistemas de protección solar no especulares que redirigen la radiación solar en forma compleja. Los CFS pueden proveer confort visual y térmico a los ocupantes si son diseñados correctamente, reduciendo el consumo de energía de edificios, el sobrecalentamiento y el encandilamiento, mientras mejoran la transmisión de luz visible. Este trabajo presenta la investigación sobre el diseño y optimización de CFS, el cual se divide en: (1) la influencia de lamas hechas de aluzinc sobre las ganancias solares, consumo energético y el confort visual de los ocupantes; (2) caso de estudio del uso de mk Schedule, una herramienta integrada de simulaciones lumínicas y térmicas, para diseñar y/o evaluar las estrategias de control de dos CFS móviles en las etapas tempranas de diseño de edificios; (3) evaluación de algoritmos de control de CFS; y (4) optimización de un CFS fijo bajo criterios de confort visual y consumo de energía.
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    Diagnosis of Sustainable Business Strategies Implemented by Chilean Construction Companies
    (2018) Giannoni, Carlos; Fernando Alarcon, Luis; Vera Araya, Sergio Eduardo; CEDEUS (Chile)
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    Effect of internal structure on the interaction of mechanical and thermal properties of concrete
    (2018) Remesar Lera, José Carlos; López Casanova, Mauricio Alejandro; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En vías de aumentar la eficiencia energética de las casas, la conductividad térmica del hormigón debe reducirse. Este estudio se enfoca en el efecto de la estructura interna en la interacción de las propiedades mecánicas y térmicas del hormigón. La estructura interna se evaluó de forma individual y combinada con la variación de tres constituyentes: materiales cementantes suplementarios (cenizas volantes), agregado liviano (LWA) fino (arcilla expandida fina) y LWA grueso (lutita expandida, arcilla expandida, poliestireno expandido). También se evaluó el efecto de LWA en hormigón permeable. Los tres constituyentes presentados individualmente una mayor disminución en la resistencia a la compresión que en la conductividad térmica del hormigón. Las cenizas volantes fue el menos efectivo en la reducción de la conductividad térmica (14%), mientras que la arcilla expandida gruesa (54%) fue el más efectivo. La sustitución de arcilla expandida por poliestireno expandido, que representa una reducción de la conductividad térmica del 90%, redujo la conductividad térmica del hormigón en menos de 15%, para un volumen de 30% del constituyente. Esto último es debido a que la conductividad térmica se comporta más cerca de un modelo compuesto en paralelo, con un efecto mínimo de tortuosidad en el flujo de calor. El efecto combinado redujo la conductividad térmica en un 75%. La Arcilla expandida fina (FEC) provocó una mayor reducción en la conductividad térmica y una menor reducción en la resistencia a la compresión que la arcilla expandida gruesa (CEC) debido a: refinamiento de la distribución del tamaño de poros, disminución de máximo tamaño de poros y aumento en la distribución espacial de FEC dentro del hormigón. La combinación de los constituyentes genera un mayor efecto de tortuosidad en el flujo de calor con la reducción de puentes térmicos dentro del hormigón. A pesar de la tasa más alta en la reducción de resistencia a la compresión, el uso de FA permite conseguir valores más bajos de conductividad térmica, lo que reduce el flujo de calor a través de la pasta. El hormigón permeable con LWA fue menos eficiente en las propiedades mecánicas y térmicas, debido al aumento de la distribución de tamaño de poro y tamaño de poro máximo.
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    Effect of pore size distribution of aggregates on the thermal and mechanical behavior of lightweight aggregate concrete
    (2022) Figueroa Cofré, Camilo Iván; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El hormigón es el material más utilizado en la construcción a nivel mundial. Sin embargo, su alta conductividad térmica dificulta a las envolventes de hormigón cumplir con las normativas térmicas. La incorporación de agregados livianos al hormigón mejora su comportamiento térmico, pero un reduce su desempeño mecánico. La mayoría de las investigaciones de hormigones livianos consideran solo la materialidad y proporción de sus componentes en la evaluación de conductividad térmica y resistencia a compresión. No obstante, estas propiedades también dependen de la distribución de tamaño de poros contenida en los agregados, donde estos agregados representan hasta un 80% del volumen del hormigón. Esta tesis se enfoca en evaluar el efecto de la distribución de tamaño de poros sobre las propiedades térmicas y mecánicas del hormigón con agregados livianos utilizando un nuevo modelo térmico y mecánico (LWAC-TMM) basado en el método de elementos finitos. El modelo térmico utiliza la ley de Fourier, mientras que el mecánico usa la ley de Hooke y la superficie de fluencia de Drucker-Prager. La validación muestra que el modelo estima adecuadamente la conductividad térmica, módulo de Young y resistencia a compresión de materiales porosos compuestos. Respecto a la influencia de la distribución de tamaño de poros sobre la conductividad térmica, el efecto es insignificante, cambiando 1.4% al disminuir el tamaño promedio de poros de 161 a 25 μm en hormigones con 53.2% de porosidad. Sin embargo, para el mismo cambio de tamaño promedio de poros la resistencia a compresión aumentó 30.8%. La distribución del tamaño de poros afecta en mayor medida al comportamiento mecánico que al térmico en este rango de porosidad. Dicha diferencia se explica por el efecto de tortuosidad y cantidad de caminos a través de los cuales fluye el calor entre los poros. El trabajo futuro debería evaluar menores tamaños de poros, asociados a un mejor desempeño mecánico, así como mejorar las propiedades térmicas a través de la optimización de distribuciones de tamaño y localización de poros.
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    Effect of substrate depth and roof layers on green roof temperature and water requirements in a semi-arid climate
    (2016) Reyes, R.; Bustamante Gómez, Waldo; Gironás León, Jorge Alfredo; Pastén González, Pablo Arturo; Rojas, V.; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Vera Araya, Sergio Eduardo; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; CEDEUS (Chile)
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    Effectiveness of green roofs and walls to mitigate atmospheric particulate matter pollution in a semi-arid climate
    (2021) Viecco Márquez, Margareth Indira; Vera Araya, Sergio Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Air pollution is an atmospheric phenomenon by which particles (solid/gas) contaminate the environment. The World Health Organization (WHO) considers air pollution as a substantial environmental risk for health, specifically for cities. Reducing the levels of air pollution can decrease morbidity related to strokes, lung cancers, and chronic and acute lung diseases, including asthma. Industries such as construction, transportation, and consumption of fossil fuels, in other sectors, have contributed to increasing pollutant emissions to the urban environment. Pollutants, such as atmospheric particulate matter (PM), are considered highly harmful to people's health. Long-term exposure to PM is statistically associated with respiratory morbidity and mortality. Thus, many cities have focused on improving urban air quality using different strategies, such as the implementation of green roofs (GRs) and green walls (GWs). Although there have been significant advances in research on the effect of GRs and GWs on urban air quality, there are still research gaps. These gaps related to identifying vegetation that favors the capture of PM, establishing strategies to enhance the PM capture capacity of different vegetation, and quantifying the impact of implementation of GRs and GWs at urban scales. The main objective of this research is to analyze the effectiveness of GRs and GWs on mitigating air pollution by PM10 and PM2.5 in improving urban air quality. The variability in capturing PM for GRs and GWs plants is evaluated and the influence of species biodiversity in capturing PM is investigated. The impact of GRs and GWs layouts on PM capture and concentrations in a highly dense urban area with a Mediterranean climate is studied. In particular, GRs and GWs layouts, considering coverage and building heights where GRs and GWs are located, are two aspects of urban morphology analyzed. The research methodology consists of quantifying the PM capture capacity for nine GRs and GWs species as monocultures and polycultures to investigate how PM capture varies among plants and due to biodiversity. Two methods are used to evaluate the PM capture, gravimetric analysis and decay curve. Based on the results of PM capture, a validated ENVI-met model is used to assess how urban morphology and GRs and GWs coverage influence PM capture and concentrations at a neighborhood scale of Santiagos’ downtown. The results in monocultures, GRs and GWs show that PM capture is highly species type dependent. PM2.5 capture ranged from 0.09 μg·cm-2∙h-1 for Sedum Spurium P to 1.32 μg·cm-2∙h-1 for S. Album. Moreover, it found that biodiversity significantly increases the PM2.5 capture compared to monocultures. In four of the five species studied, the PM2.5 levels captured by the vegetation was higher in polycultures. Moreover, the results from ENVI-met modeling show that priority should be given to GRs for buildings lower than 10 m height to decrease PM2.5 concentrations at pedestriam level. For GWs, the PM2.5 abatement is favorable in all building configurations. In addition, the combined use of GRs and GWs can reduce up to 7.3% of PM2.5 in Santiago’s downtown compared to a base case scenario without GRs and GWs. In conclusion, GRs and GWs are a valuable strategy to improve urban air quality, thus they should be implemented as a complement to other air quality mitigation strategies in large cities. S. Album outperforms the other species evaluated in capturing PM2.5 either as monoculture or polyculture. It was also found that biodiversity enhance the PM2.5 capture of GRs and GWs. It is recommended the polycultures of L. Spectabillis, Lavandula Angustifolia and S. Album for GRs and Sedum Palmeri, S. Album and Sedum Spurium P for GWs to maximize the effectiveness of GRs and GWs to capture PM2.5. On the other hand, the implementation of GWs has a greater impact on PM2.5 abatement than GRs due to their proximity to the emission source. It is suggested to implement GRs on buildings up to 10 m height and coverage between 50% and 75%. For GWs, a coverage of 25% is recommended. These results provide scientific support for the inclusion of GRs and GWs in public policies and urban development plans in order to improve urban air quality. Moreover, the methodologies used in this research can also be applied to other species and urban morphologies to identify the optimum combinatory of vegetation species and layouts to capture PM in the urban environment.
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    Effects of biodiversity in green roofs and walls on the capture of fine particulate matter
    (2021) Vera Araya, Sergio Eduardo; Viecco Márquez, Margareth Indira; Jorquera, Héctor; CEDEUS (Chile)
    Exposure to ambient PM2.5 poses serious threats to human health. In such cases, the presence of green roofs (GRs) and green walls (GWs) has several environmental benefits, including the capture of pollutants. Choosing appropriate designs of GWs and GRs to improve urban air quality is challenging because their performances depend on their constituent species and environmental characteristics of the particular locality. Capture of PM2.5 by different plant species of GRs and GWs has been measured only on monocultures. The impact of planting different species together (polycultures) on capturing PM2.5 remains unexplored. This paper aims to evaluate the impact of biodiverse GRs and GWs on PM2.5 capture. Seven species were analyzed as polycultures: Sedum album, Lampranthus spectabillis, Sedum spurium P, Lavandula angustifolia, Erigeron karvinskianus, Aptenia cordifolia, and Sedum palmeri. PM2.5 capture was measured by two methods: gravimetric determination and decay curve. Gravimetric results suggest that higher the biodiversity of plants in GRs and GWs, higher the PM2.5 capture, particularly for species with relatively low capture when used as monocultures. The ability to capture PM2.5 is dependent on the plant species, relative position of plants within the polyculture, and horizontal (GRs) or vertical (GWs) layout. Decay method results suggest that polycultures could be more effective in long-term reduction of high PM2.5 concentrations.