Faits :
A.
B._ est propriétaire de la parcelle n° xxx du registre foncier de la commune de U._, située en zone de développement 5 (zone superposée) sur zone de fond agricole (zone de fond). Ce bien-fonds supporte un bâtiment construit au début du XX ème siècle et utilisé à l'époque comme gendarmerie.
Le 27 septembre 2011, B._ et la société A._ Sàrl ont sollicité l'autorisation de construire des logements, une surface commerciale et un parking de dix places sur cette parcelle. Par décision du 31 juillet 2012, le Département de l'urbanisme du canton de Genève (devenu le Département de l'aménagement, du logement et de l'énergie; ci-après: le Département) a refusé l'autorisation sollicitée, au motif que la construction sollicitée n'était ni destinée à une activité agricole, ni destinée au logement de personnes exerçant une telle activité; de plus, le projet ne pouvait être autorisé en application des art. 24 aLAT et 27 de la loi d'application genevoise de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire du 4 juin 1987 (LaLAT; RSG L 1 30), dans la mesure où aucun motif n'imposait que les travaux envisagés, destinés à l'habitation, soient entrepris à cet emplacement; enfin, une dérogation au sens des art. 24c aLAT et 27c LaLAT ne pouvait être octroyée car la limitation de l'agrandissement total à un maximum de 30% du volume bâti existant était dépassée.
B._ et A._ Sàrl ont interjeté un recours contre cette décision auprès du Tribunal administratif de première instance du canton de Genève. Après avoir procédé à une inspection locale en décembre 2012 et tenu une audience d'enquête en avril 2013, celui-ci a rejeté le recours par jugement du 26 mai 2013. La Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève (ci-après: la Cour de justice ou la cour cantonale) a rejeté le recours dirigé contre ce jugement, par arrêt du 1 er juillet 2014. Elle a considéré en substance que les surfaces de 12,1 m 2 au rez-de-chaussée et de 20 m 2 dans les combles ne devaient pas être comptabilisées dans la surface brute de plancher utile (SBPU) du bâtiment existant et qu'il en suivait que la dérogation de l'art. 24c aLAT ne pouvait être octroyée.
B.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public, B._ et A._ Sàrl demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt attaqué, de constater que le droit d'être entendu des recourants a été violé et de renvoyer le dossier à l'instance précédente pour nouvelle décision au sens des considérants.
La Cour de justice renonce à se déterminer et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. Le Département de l'aménagement, du logement et de l'énergie du canton de Genève conclut au rejet du recours. La Commune de U._ renvoie à la détermination du Département précité. L'Office fédéral du développement territorial conclut implicitement au rejet du recours. Les recourants ont répliqué, par courrier du 5 février 2015.
Considérant en droit :
1.
Dirigé contre une décision finale (art. 90 LTF) rendue par une autorité cantonale de dernière instance (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans le domaine du droit public des constructions (art. 82 let. a LTF), le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss LTF, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. B._ est particulièrement touché par l'arrêt attaqué, en tant que propriétaire d'une parcelle pour laquelle le permis de construire a été refusé. Il a donc la qualité pour agir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF. Pour le surplus, déposé en temps utile (art. 100 al. 1 LTF) et dans les formes prévues par la loi (art. 42 LTF), le recours est recevable.
2.
Dans un grief d'ordre formel qu'il convient d'examiner en premier lieu, les recourants se plaignent d'un établissement incomplet des faits (art. 105 al. 2 LTF).
2.1. Le Tribunal fédéral statue en principe sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF), sous réserve des cas prévus à l'art. 105 al. 2 LTF. Selon l'art. 97 LTF, il ne peut s'en écarter que si les constatations de ladite autorité ont été établies en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF ou de façon manifestement inexacte, c'est-à-dire arbitraire (art. 105 al. 2 LTF), et pour autant que la correction du vice soit susceptible d'influer sur le sort de la cause (ATF 137 I 58 consid. 4.1.2 p. 62; 136 II 304 consid. 2.4 p. 314). Si le recourant entend se prévaloir de constatations de fait différentes de celles de l'autorité précédente (cf. art. 97 al. 1 LTF), il doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions d'une exception prévue par l'art. 105 al. 2 LTF seraient réalisées. A défaut, il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait divergent de celui retenu dans l'acte attaqué. En particulier, le Tribunal fédéral n'entre pas en matière sur des critiques de type appellatoire portant sur l'état de fait ou l'appréciation des preuves (ATF 137 II 353 consid. 5.1 p. 356 et les arrêts cités).
2.2. Les recourants estiment que la Cour de justice aurait dû prendre en compte le fait que "il semble que l'espace de 20,75 m 2 au 2 ème étage ait été utilisé comme pièce de séjour et d'activité à l'époque de la gendarmerie" et est accessible par une échelle. Ils lui reprochent aussi de ne pas avoir retenu que l'isolation extérieure de toute l'enveloppe du bâtiment, de 16 cm en moyenne, ajoutait environ 13 m 2 de surface brute de plancher au projet. Ils font enfin grief à la cour cantonale de ne pas avoir exposé qu'ils avaient contesté le calcul de la SBPU projetée opéré par le Département, notamment dans leur réplique du 15 octobre 2013.
Vu le raisonnement qui suit (cf. infra consid. 3.5 et 4), ces éléments ne sont pas susceptibles d'avoir une incidence sur l'issue de la procédure. Le grief de l'établissement arbitraire des faits doit donc être rejeté.
3.
Sur le fond, les recourants soutiennent que la surface de 12,1 m 2 au rez-de-chaussée constitue une coursive qui doit être prise en compte dans le calcul de la surface brute de plancher utile (SBPU) au stade du bâtiment existant. Ils affirment qu'il en va de même pour la surface de 20 m 2 située dans les combles. Ils se plaignent d'une violation des art. 24c de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT) et 42 de l'ordonnance du 28 juin 2000 sur l'aménagement du territoire (OAT).
3.1. Les art. 24c LAT et 42 OAT ont été modifiés par novelles respectivement du 23 décembre 2011 et du 10 octobre 2012; les modifications sont entrées en vigueur le 1 er novembre 2012 (RO 2012 5535 et 5537). Ces novelles ne contiennent pas de disposition transitoire relative à l'application du nouveau droit dans les procédures en cours. A titre de droit transitoire, le Conseil fédéral a toutefois prévu, de façon générale, que les procédures de recours pendantes demeureraient régies par l'ancien droit, sauf si le nouveau droit était plus favorable au requérant (art. 52 al. 2 OAT). Cette dernière disposition s'applique en l'espèce (cf. ATF 127 II 215 consid. 2 p. 217 s. et les références) et il y a par conséquent lieu de se référer à l'ancien droit.
3.2. L'art. 24c aLAT, dans sa teneur avant le 1 er novembre 2012 (RO 2000 2044), prévoit que les constructions et installations sises hors de la zone à bâtir, qui peuvent être utilisées conformément à leur destination mais qui ne sont plus conformes à l'affectation de la zone, bénéficient en principe de la garantie de la situation acquise (al. 1). L'autorité compétente peut autoriser la rénovation de telles constructions et installations, leur transformation partielle, leur agrandissement mesuré ou leur reconstruction, pour autant que les bâtiments aient été érigés ou transformés légalement. Dans tous les cas, les exigences majeures de l'aménagement du territoire doivent être satisfaites (al. 2). Le champ d'application de l'art. 24c aLAT est restreint aux constructions et installations qui ont été érigées ou transformées conformément au droit matériel en vigueur à l'époque, mais qui sont devenues contraires à l'affectation de la zone à la suite d'une modification de la législation ou des plans d'aménagement (art. 41 OAT). La date déterminante est en principe celle du 1 er juillet 1972, date de l'entrée en vigueur de la loi fédérale du 8 octobre 1971 sur la protection des eaux contre la pollution, qui a introduit le principe de la séparation du territoire bâti et non bâti (ATF 129 II 396 consid. 4.2.1 p. 398).
En l'occurrence, il n'est pas contesté que l'affectation agricole du bâtiment a été abandonnée avant le 1 er juillet 1972. La régularisation des travaux litigieux doit dès lors être examinée au regard de l'art. 24c aLAT.
3.3. Selon l'ancienne version de l'art. 42 aOAT (RO 2000 2061 et RO 2007 3643), les constructions et installations pour lesquelles l'art. 24c aLAT est applicable peuvent faire l'objet de modifications si l'identité de la construction ou de l'installation et de ses abords est respectée pour l'essentiel. Sont admises les améliorations de nature esthétique (al. 1). Le moment déterminant pour l'appréciation du respect de l'identité est l'état de la construction ou de l'installation au moment de la modification de la législation ou des plans d'aménagement (al. 2). La question de savoir si l'identité de la construction ou de l'installation est respectée pour l'essentiel doit être examinée en fonction de l'ensemble des circonstances (al. 3 première phrase).
L'identité n'est en tout cas pas respectée si, à l'intérieur du volume bâti existant, la surface brute de plancher imputable est augmentée de plus de 60% (art. 42 al. 3 let. a aOAT). De même, si un agrandissement n'est pas possible ou ne peut pas être exigé à l'intérieur du volume bâti existant, l'agrandissement total ne peut excéder ni 30% de la surface utilisée pour un usage non conforme à l'affectation de la zone ni 100 m 2; les agrandissements effectués à l'intérieur du volume bâti existant ne comptent que pour moitié (art. 42 al. 3 let. b aOAT).
Il ressort de la norme ORL 514.420 (norme de l'Institut pour la planification locale, régionale et nationale de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich) ce qui suit:
"La surface brute de plancher utile se compose de la somme de toutes les surfaces d'étages en dessous et en dessus du sol, y compris les surfaces des murs et des parois dans leur section horizontale.
N'entrent toutefois pas en considération: toutes les surfaces non utilisées ou non utilisables pour l'habitation ou le travail, telles que par exemple les caves, les greniers, les séchoirs et les buanderies des logements; les locaux pour le chauffage, les soutes à charbon ou à mazout; les locaux pour la machinerie des ascenseurs, des installations de ventilation et de climatisation; les locaux communs de bricolage dans les immeubles à logements multiples; les garages pour véhicules à moteur, vélos et voitures d'enfants, non utilisés pour le travail; les couloirs, escaliers et ascenseurs desservant exclusivement des surfaces non directement utiles; les portiques d'entrée ouverts; les terrasses d'attique, couvertes et ouvertes; les balcons et les loggias ouverts pour autant qu'ils ne servent pas de coursives".
3.4. La cour cantonale a confirmé que la surface de 12,10 m 2 au rez-de-chaussée, identifiée comme un espace ouvert ne desservant qu'une seule pièce, ne pouvait être qualifiée de coursive et ne devait pas être comptabilisée dans la SBPU du bâtiment existant. Elle s'est référée au dictionnaire de l'Académie française, selon lequel une coursive est "une galerie de circulation desservant plusieurs logements"; comme la surface en question ne dessert qu'une seule pièce et ne permet qu'indirectement d'atteindre les deux bureaux se trouvant à l'étage, elle ne pouvait être qualifiée de coursive et ne devait pas être prise en compte dans le calcul de la SBPU existante.
Les recourants avancent quant à eux que le critère essentiel pour définir une coursive est la fonction de desserte qu'elle exerce; peu importe qu'elle soit directe ou indirecte. Ils soutiennent encore qu'aucun escalier ne procure jamais un accès direct à une pièce, mais donne toujours sur un couloir qui lui-même donne sur une pièce. Ils en déduisent que le fait que la surface de 12,10 m2 litigieuse ne donne accès aux pièces du 1er étage qu'en lien avec un escalier et une coursive au 1er étage n'est pas déterminant. Ils affirment encore, sans le démontrer, que "les gendarmes travaillant au 1er étage empruntaient la surface [litigieuse] quotidiennement pour aller demander des renseignements à leurs collègues au rez".
Ce raisonnement fait cependant fi de deux éléments importants. D'une part, les recourants ne contestent pas que la surface litigieuse est ouverte sur l'extérieur et non chauffée. D'autre part, les intéressés ne nient pas que l'accès au 1 er étage au moyen de l'escalier se trouvant au sein de la surface litigieuse est de nature accessoire, puisqu'un escalier interne permet aussi d'y accéder, sans passer à l'air libre. Dans ces conditions, la cour cantonale peut être suivie lorsqu'elle n'a pas qualifié les 12,10 m 2 litigieux de coursive et ne les a pas pris en compte dans le calcul de la SBPU du bâtiment existant.
Peu importe au demeurant, puisque les recourants ne contestent pas que, même si cette surface de 12,10 m 2 avait été prise en compte dans le calcul de la SBPU du bâtiment existant, les agrandissements projetés dépasseraient encore les possibilités offertes par l'art. 42 al. 3 let. b aOAT (104,65 m2 pour un taux de 32,8 %).
3.5. S'agissant de la surface de 20 m 2 située dans les combles, l'instance précédente a jugé que selon les plans produits, cette surface n'avait à l'époque pas d'affectation particulière, contrairement aux autres surfaces composées de chambres; de plus, elle avait été définie par l'architecte des recourants comme étant une surface annexe dans le plan du 7 mai 2012; enfin, cette surface n'était pas accessible et était dépourvue de lumière naturelle, de sorte qu'elle devait être considérée comme un galetas à ne pas comptabiliser dans la SBPU du bâtiment existant.
Face à cette argumentation, les recourants se contentent d'affirmer que les mentions figurant sur les plans de l'époque ne sont pas déterminantes; ce qui est décisif n'est pas que la surface ait été effectivement utilisée, mais qu'elle soit objectivement utilisable. Ils ne démontrent cependant pas qu'il est possible d'y habiter ou d'y travailler; en particulier, ils ne contestent pas que cet espace est dépourvu de lumière naturelle et d'isolation. Le seul fait que la surface est accessible au moyen d'une échelle et que sa hauteur est comprise entre 1,45 m et 2,4 m ne permet pas de la qualifier d'habitable. Il en va de même de la simple hypothèse selon laquelle " il semble que la surface litigieuse ait été utilisée comme pièce de séjour et d'activité à l'époque de la gendarmerie", ressortant d'une attestation de mensuration opérée par un employé d'une entreprise de décoration, peinture et rénovation, à la demande des recourants.
Dès lors, la cour cantonale n'a pas violé le droit fédéral en considérant que la surface de 20 m 2 dans les combles devait être qualifiée de galetas, non utilisable pour l'habitation ou le travail.
4.
Enfin, les recourants reprochent à l'instance précédente d'avoir retenu qu'ils ne mettaient pas formellement en cause les calculs des surfaces projetées. Ils soutiennent qu'une surface de 13 m 2 devrait être retranchée de la SBPU projetée. Ils font valoir que la cour cantonale aurait dû relever que la comptabilisation de l'isolation extérieure s'agissant des agrandissements projetés était litigieuse. Ils se plaignent d'une violation de leur droit d'être entendus, voire d'un déni de justice formel.
4.1. La jurisprudence a déduit du droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.) l'obligation pour le juge de motiver sa décision, afin que le justiciable puisse les comprendre et exercer ses droits de recours à bon escient. Le juge doit ainsi mentionner, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidé et sur lesquels il a fondé sa décision, de manière à ce que l'intéressé puisse se rendre compte de la portée de celle-ci et l'attaquer en connaissance de cause. Il n'a pas l'obligation d'exposer et de discuter tous les faits, moyens de preuve et griefs invoqués par les parties, mais peut au contraire se limiter à l'examen des questions décisives pour l'issue du litige (ATF 139 IV 179 consid. 2.2 p. 183).
4.2. En l'occurrence, même si les juges cantonaux ont indiqué dans la partie "en droit" de l'arrêt que "les recourants ne remettaient pas formellement en cause ces calculs", ils ont exposé, dans la partie "en fait" que les recourants considéraient que l'isolation extérieure ne devait pas être prise en considération dans le calcul de la SBPU. De plus, l'instance précédente a confirmé les calculs opérés par le Département à partir du plan du 7 mai 2012 figurant au dossier. Elle a retenu une surface brute de plancher utile de 110,7 m 2 pour l'agrandissement projeté. Elle a ainsi traité de la question et a tranché en faveur des chiffres avancés par le Département.
Cette motivation, certes brève, permet néanmoins de comprendre comment le calcul de la SBPU des surfaces projetées a été opéré. Ces motifs n'ont d'ailleurs pas échappé aux recourants, qui ont précisément attaqué l'arrêt sur ce point en toute connaissance de cause. Cela est suffisant, sous l'angle du droit d'être entendu. Le grief de déni de justice formel doit aussi être écarté.
Au demeurant, les recourants ne contestent pas que la petite surface concernée par l'isolation extérieure (13 m 2 ) ne suffit pas à rendre l'agrandissement projeté conforme à l'art. 42 aOAT; cette question est donc sans incidence sur l'issue du litige. Dans ces circonstances, il n'y a pas lieu de traiter du contenu matériel de ce grief.
5.
Il s'ensuit que le recours est rejeté. Les recourants, qui succombent, supporteront les frais judiciaires (art. 66 al.1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 francs, sont mis à la charge des recourants.
3.
Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des recourants, à la Commune de U._, au Département de l'aménagement, du logement et de l'énergie du canton de Genève, à la Cour de justice du canton de Genève, Chambre administrative, et à l'Office fédéral du développement territorial.
Lausanne, le 17 juillet 2015
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Juge présidant : Merkli
La Greffière : Tornay Schaller