[en] Technic, economic, environmental, and architectural constraints in existing building stocks set an energy renovation framework not always compatible with passive strategies. In deep energy renovations, the first line of action ought to be the passive improvement of the building envelope. Nonetheless, building renovation strategies use energy metrics suited for conditioned mode rather than thermal performance in passive mode. The predominance of energy metrics is due to the belief that mechanical systems guarantee indoor comfort conditions. However, thermal comfort is a pressing challenge in spaces without local controls. Such is the case of classrooms in primary schools where children cannot regulate the indoor environment and have limited adaptation possibilities. It is best to foster a passive free-running operation in classrooms due to the occupants' higher sensitivity and preference toward environmental conditions. This thesis addressed the passive optimization in existing educational building stock in free-running operations, i.e., not relying on active systems to maintain indoor comfort conditions. Reliably predicting the performance of passive strategies is troublesome since it is a function of the building emplacement, materiality, occupancy, the range of renovation measures, and the sequence of interventions. Building-integrated agriculture systems improve the thermal performance of the building envelope while increasing food security, social cohesion and provide learning opportunities. The energy modelling of such strategies is not implemented fully in energy simulation engines and, thus, requires the inclusion of the plant's heat exchange in the building's thermal balance. Identifying an optimal renovation strategy requires holistic assessment models encompassing all sustainability dimensions and an iterative simulation process based on stochastic optimization algorithms. However, exiting optimization tools do not handle complex simulation routines like those required for building-integrated agriculture systems. This thesis is presented as an article compendium where each article develops a specific aspect of passive optimization for building stocks. The first article develops a reductive urban energy model tailored for free-running building stocks. This model was applied to primary educational building stocks in Barcelona and Quito with accurate results at the building and urban levels. The second and third articles address the assessment of building-integrated agriculture systems from a holistic sustainability perspective and an indoor comfort perspective. For the latter, energy simulation includes the plant's heat and mass exchange as a function of the crop's growth. A future article will present an integer-constraint optimization algorithm that finds the most suitable passive strategies for each surface in the building envelope based on their environmental exposure. This method and a proof-of-concept are presented in this thesis. This surface-by-surface optimization results in a passive renovation strategy mosaic tailored to each building stock.

[es] Las limitaciones técnicas, económicas, medioambientales y arquitectónicas del parque edilicio imponen estrategias de rehabilitación energética no siempre compatibles con actuaciones pasivas. En rehabilitaciones energéticas la primera línea de actuación debe ser la mejora pasiva de la envolvente del edificio. No obstante, los proyectos de renovación evalúan su eficacia en base a consumo energético en vez de desempeño térmico en modo pasivo. El predominio de índices energéticos se debe a la creencia de que los sistemas mecánicos garantizan las condiciones de confort interior. Sin embargo, en espacios sin controles activos locales, el confort es un desafío. Esto sucede en las aulas de las escuelas primarias donde los niños no pueden regular el ambiente interior y tienen limitadas posibilidades de adaptación. En las aulas se debe fomentar el funcionamiento pasivo debido a que los niños tienen mayor sensibilidad y preferencia hacia las condiciones ambientales. Esta tesis abordó la optimización pasiva del parque educativo existente desde una perspectiva de confort y sin depender en sistemas activos. Es desafiante predecir de manera confiable el desempeño de las estrategias pasivas ya que intervienen simultáneamente el emplazamiento del edificio, la materialidad, la ocupación, las estrategias de renovación y la secuencia de intervenciones. Los sistemas agrícolas integrados en edificios mejoran el rendimiento térmico de la envolvente del edificio al tiempo que aumentan la seguridad alimentaria, la cohesión social y brindan oportunidades de aprendizaje. El modelado energético de tales estrategias no está implementado en los motores de simulación energética y, por lo tanto, requiere la inclusión del intercambio de calor de las plantas en el balance térmico del edificio. Identificar una estrategia de renovación óptima requiere modelos de evaluación holísticos que abarquen todas las dimensiones de la sostenibilidad y un proceso de simulación iterativo basado en algoritmos de optimización estocástica. Sin embargo, las herramientas de optimización existentes no manejan rutinas de simulación complejas como las requeridas para modelar sistemas agrícolas integrados. Esta tesis se presenta como un compendio de artículos donde cada artículo desarrolla un aspecto específico de la optimización pasiva para el parque edilicio. El primer artículo desarrolla un modelo energético urbano reductivo especializado en parques edilicios no acondicionados. Este modelo se aplicó al parque de edificios escolares de Barcelona y Quito dando buenos resultados tanto a nivel de edificio como a nivel urbano. El segundo y tercer artículo abordan la evaluación de los sistemas agrícolas integrados en edificios desde una perspectiva de sostenibilidad holística y una perspectiva de confort interior. Para este último, la simulación energética incluyó el intercambio de calor y masa de la planta en función del crecimiento del cultivo. Un artículo futuro presentará un algoritmo de optimización con restricción de números enteros para encontrar las estrategias pasivas más adecuadas para cada superficie en la envolvente del edificio en función de su exposición ambiental. Este método y una prueba de concepto son presentados como parte de esta tesis. Esta optimización superficie por superficie da como resultado una estrategia tipo mosaico de renovación pasiva adaptada a cada edificio.