Zhineng He llegó a la Universidad de Navarra hace cuatro años gracias a una beca del Gobierno chino. Estudió Ingeniería en la Universidad de Yangzhou (China), cursó un Máster en Ingeniería en la Universidad Tecnológica de Dalian (China) y realizó una estancia de investigación en la Universidad de Kaiserslautern-Landau (Alemania). Tras cuatro años en Pamplona, acaba de defender su tesis doctoral. Durante el proceso de investigación ha contado con el apoyo de sus tutores, César Martín-Gómez y Amaia Zuazua-Ros, profesores e investigadores de la Escuela.
En esta entrevista profundiza en su tesis, System modeling and control strategy of thermoelectric window frames:
¿En qué consiste su tesis?
Los marcos de ventana termoeléctricos (TEWF) funcionan como componentes auxiliares de los cerramientos para proporcionar calefacción o refrigeración suplementaria en el interior. Esta tesis se centra en mejorar su rendimiento térmico mediante el desarrollo y la implementación de estrategias de control avanzadas. Las estrategias se formulan a través de un análisis detallado de los parámetros clave de control, utilizando tanto simulaciones numéricas como validación experimental.
¿Cuál es la motivación principal para utilizar marcos de ventana termoeléctricos en los edificios?
Aunque las aplicaciones termoeléctricas en cerramientos verticales, cerramientos horizontales y sistemas de aire acondicionado son relativamente comunes, su uso en ventanas no está extendido. Sin embargo, las ventanas son responsables, aproximadamente, del 20% y el 40% del consumo energético en los edificios. Esto se debe en gran parte a las ganancias de calor por transferencia térmica ambiental y radiación solar, que aumentan la carga térmica en los edificios y provocan una distribución irregular de la temperatura interior.
Para abordar este problema, se puede integrar un sistema termoeléctrico en los marcos de ventana, denominados marcos de ventana termoeléctricos (TEWF). La adopción de los TEWF, combinada con la integración de energías renovables en los edificios, no solo reduce las emisiones de carbono, sino que también contribuye significativamente a los objetivos de desarrollo sostenible.
¿Qué ventajas puede ofrecer esta tecnología en términos de ahorro de energía?
Los sistemas de control para los TEWF se basan en modelos computacionales exactos que utilizan datos reales, , el comportamiento de los ocupantes y parámetros personalizados. Estos sistemas de control permiten una respuesta más precisa, eficiente y automatizada para satisfacer las demandas térmicas de los ocupantes.
Mediante la exploración de estrategias de control avanzadas, como el aprendizaje automático (machine learning) y el aprendizaje por refuerzo (reinforcement learning), cada vez más aplicados en los sistemas de energía de edificios para anticipar y optimizar el rendimiento bajo incertidumbre.
La incorporación de estos métodos posicionará a los TEWF dentro del contexto más amplio de los controles de edificios inteligentes y posibilitará vías para mejorar tanto la eficiencia energética como el bienestar de los ocupantes.
¿Cómo responde el sistema a diferentes condiciones climáticas?
En este estudio, todos los experimentos que respaldan la discusión y las conclusiones se han llevado a cabo bajo condiciones controladas de laboratorio y en entornos exteriores reales. Las temperaturas ambiente de prueba oscilan entre 27 °C y 32 °C en verano y entre 0 °C y 23 °C en invierno. Además, los experimentos se realizan durante períodos de tiempo relativamente cortos. En consecuencia, los resultados tienen dificultades para representar completamente el rendimiento real de los TEWF cuando se aplican dentro de una zona climática particular.
¿Cuáles son los factores clave que determinan la eficiencia de un sistema termoeléctrico?
Durante la tesis hemos revisado las aplicaciones de la termoelectricidad en edificios, recopilando investigación relacionada con factores, parámetros, estrategias o métodos de control para sistemas termoeléctricos desde el año 2000 hasta 2022. Esta tesis se centra en los grupos de factores clave y métodos de control para los sistemas de control TE.
En el grupo de factores de control, este trabajo ha definido la capacidad térmica, la potencia eléctrica y el voltaje o corriente operativa como indicadores de la potencia de las celdas Peltier y del número de células Peltier en funcionamiento. Esto se debe a que la capacidad térmica está influenciada no solo por el voltaje o la corriente de entrada, sino que también se ve afectada en gran medida por el número de células Peltier activadas.
Zhineng He junto a sus directores de tesis, César Martín-Gómez y Amaia Zuazua-Ros.
