Buildings Sustainability: The HVAC Contribution

A very important part of the globally produced energy is consumed in buildings, being an important share frequently used in the HVAC systems. These ones are increasing both in performance and in complexity, taking advantage from the use of the recent advances in mechanical and power electronic devices, particularly in the speed variation field. However the improved efficiency only occurs while the HVAC unit is working in the conditions specified by the manufacturer, otherwise the energy consumption raises to values considerably higher than the nominal ones. The adequate maintenance enforces the system to run on its nominal performance and the contrary has undesirable impact both in the performance and in the system expected life time. Therefore, HVAC field maintenance assumes a very important role in the global building sustainability concept. This work presents some results of an incorrect use of HVAC and the associated electric energy overconsumption that can assume values 50% higher than those that occur when the installation is operated according to the adequate maintenance plan.

Gestão de instalações eléctricas para optimização do desempenho, eficiência e qualidade de energia em grandes edifícios com integração de Miniprodução

As alterações climáticas e as emissões de CO2 são questões que suscitam a nível internacional e nacional o desenvolvimento de estratégias que atenuem os seus impactes. A Eficiência Energética (EE) é essencial para que num futuro próximo não haja impactes significativos no meio ambiente devido a elevado e ineficiente consumo energético. A União Europeia (UE) e Portugal têm desenvolvido políticas e programas que estimulam a eficiência energética, bem como a diminuição de gases com efeito de estufa (GEE) e a promoção da utilização de fontes de energia renovável. Por outro lado vivemos numa sociedade que passa cerca de 80% do seu tempo em edifícios e, nestes, é consumida 40% da energia mundial. Com uma dependência energética superior a 80%, Portugal tem vindo a apostar, nos últimos anos, em fontes de energia renovável. Esta aposta serve como substituição de fontes, mas não leva directamente à redução de consumos. A redução da factura de energia só pode ser atingida com uma maior eficiência energética e melhores práticas de gestão de energia em edifícios, transportes e industria. Esta dissertação centra-se especificamente num conjunto de edifícios públicos, património municipal da autarquia de Matosinhos, cujo modelo de fornecimento da energia eléctrica é passível de análise crítica no sentido de uma optimização radical ao nível da concepção da rede e exploração, com consequente redução de custos ao nível da facturação. Esta nova metodologia de exploração e gestão de sistemas eléctricos incidirá na criação de um “campus” energético autárquico resultante do novo layout da rede e respectivo fornecimento de energia a partir da rede de distribuição pública. O estudo permitirá fornecer ferramentas fundamentais para a gestão municipal e empresarial ao nível da sustentabilidade energética nos edifícios públicos com abrangência aos serviços empresariais. De referir que a gestão das instalações eléctricas para optimização do desempenho, eficiência e qualidade de energia é aplicável aos 308 municípios nacionais com relevância para as empresas que apresentam consumos significativos nos seus edifícios. Enquanto funcionário da Câmara Municipal de Matosinhos, este município foi uma escolha natural como referência, na análise da relação existente entre a administração local e a gestão da energia. Para ajudar à análise foi efectuado um benchmarketing a cinco edifícios municipais: Edifício dos Paços do Concelho, Biblioteca Municipal Florbela Espanca, Palacete Visconde Trevões, ex-Edifício dos SMAS e Edifício do ex-Tribunal, visando potenciar a correcta gestão de energia destes edifícios por parte das entidades que os gerem, perante novas oportunidades de melhoria e soluções encontradas. Como contributo às metas impostas pela Directiva 2009/28/CE para 2020, a qual prevê uma redução de 20% no consumo final de energia através da eficiência energética, a incorporação de 20% de energia renovável no consumo energético global e a consequente redução em 20% da emissão de GEE, é apresentado um estudo ao nível de um parque fotovoltaico com a componente técnica e económica.

Organização e gestão da segurança contra incêndios

É de extrema importância implementar nos edifícios uma cultura de segurança. Nesse sentido, no presente trabalho intitulado “Organização e Gestão da Segurança Contra Incêndios”, realizado na forma de dissertação, são abordados os diversos aspetos que permitem aos edifícios estar devidamente organizados e geridos para fazer face a situações de emergência. Neste trabalho, inicialmente é formado um enquadramento ao tema da Segurança Contra Incêndios em Edifícios, com uma abordagem ao estado da arte e às medidas de autoproteção exigidas na legislação vigente. Devido à importância e ao dever legal imputado aos edifícios, de possuir uma estrutura interna, capaz de atenuar os prejuízos humanos e materiais decorrentes de uma situação de emergência, esta dissertação detalha as diversas exigências de estruturação e formação dos elementos que detêm responsabilidades na segurança contra incêndios. Para testar as medidas implementadas, criar rotinas de comportamento, assim como para aperfeiçoar os procedimentos de atuação, é essencial a realização periódica de simulacros. Esta temática é abordada neste trabalho de forma consistente, salientando a sua aplicação prática, que deve ser cuidadosamente planeada, executada e avaliada. Para complementar esta dissertação, é apresentado um caso prático, sendo dispostas medidas para a organização e gestão da segurança contra incêndios no Hotel Dom Henrique.

Verificação e Acompanhamento em Obra das Medidas de Segurança Contra Incêndios em Edifícios

A Segurança Contra Incêndios em Edifícios representa uma parte importante nos projetos de engenharia, uma vez que tem de ser analisada e implementada desde o início da construção. O principal objetivo é oferecer confiança aos utilizadores dos edifícios, aos seus bens e sistemas, sempre de acordo com a lei. Em qualquer tipo de edifício é iminente a capacidade de, por diversos motivos e circunstâncias, se iniciar um incêndio. O que se pretende com toda a regulamentação e matéria sobre a Segurança Contra Incêndios em Edifícios é a aplicação de sistemas de deteção, prevenção e extinção de incêndios, conseguindo, deste modo, reduzir os seus efeitos negativos. Este relatório de estágio apresenta, de um modo geral, a importância da Segurança Contra Incêndios em Edifícios atualmente nas construções, quais as principais regras neste âmbito, bem como a apresentação de todos os equipamentos e sistemas que fazem parte dos sistemas de SCIE. O presente relatório culmina com a vertente prática que consiste na descrição de casos acompanhados durante os meses de estágio, vistorias efetuadas e ensaios de incêndio. Os fenómenos inerentes a um alarme de incêndio serão descritos e comprovados em situações reais de simulação.

Strap repair optimization by using embedded patches

Adhesively-bonded techniques offer an attractive option for repair of aluminium structures, and currently there are three widely used configurations, i.e., single-strap (SS), double-strap (DS) and scarf repairs. SS and DS repairs are straightforward to execute but stresses in the adhesive layer peak at the ends of the overlap. DS repairs additionally require both sides of the damaged structures to be reachable for repair, which is often not possible. In these repair configurations, some limitations emerge such as the weight, aerodynamic performance and aesthetics. The scarf repair is more complex to fabricate but stresses are more uniform along the adhesive bondline. Few studies of SS and DS repairs with embedded patches, such that these are completely flush with the adherends, are available in the literature. Furthermore, no data is available about the effects of geometrical and material parameters (e.g. the Young’s modulus of adhesive, E) on the mechanical behaviour optimization of embedded repairs. For this purpose, in this work standard SS and DD repairs, and also with embedded patches in the adherends, were tested under tension to allow the geometry optimization, by varying the overlap length (LO), thus allowing the maximization of the repairs strength. The influence of the patch embedding technique, showing notorious advantages such as aerodynamic or aesthetics, was compared in strength with standard strap repairs, for the viability analysis of its implementation. As a result of this work, some conclusions were drawn for the design optimization of bonded repairs on aluminium structures.

Adhesively-bonded repair proposal for wood members damaged by horizontal shear using carbon-epoxy patches

In this work, a repair technique with adhesively bonded carbon-epoxy patches is proposed for wood members damaged by horizontal shear and under bending loads. This damage is characterized by horizontal crack growth near the neutral plane of the wood beam, normally originating from checks and shakes. The repair consists of adhesively bonded carbon-epoxy patches on the vertical side faces of the beam at the cracked region to block sliding between the beam arms. An experimental and numerical parametric analysis was performed on the patch length. The numerical analysis used the finite element method (FEM) and cohesive zone models (CZMs), with an inverse modelling technique for the characterization of the adhesive layer. Trapezoidal cohesive laws in each pure mode were used to account for the ductility of the adhesive used. To fully reproduce the tests, horizontal damage propagation within the wood beam was also simulated. A good correlation with the experiments was found. Regarding the effectiveness of the repair, for the conditions selected for this work, a full strength recovery was achieved for the bigger value of patch length tested.

Smart Adhesive Joints: An overview of recent developments

Adhesive bonding is a viable technique for joining a wide range of materials. However, increasing the lifetime, reducing the costs, and improving the safety of structures are highly demanded nowadays. Hence, the development of new technologies and processes for easy recycle, heal, or self-heal of bonded structures are becoming of great interest for the industry. This paper provides an overview of the current developments in the use of “smart” adhesive technology and introduces the reader to early findings on the use of self-healing materials, thermally expandable particles, and nanoparticles, among others, in adhesives and their potential to increase the reliability of adhesive joints.

Efficiency of strengthening techniques assessed for existing masonry buildings

The Azores archipelago is a zone with a vast cultural heritage, presenting a building stock mainly constructed in traditional stone masonry. It is known that this type of construction exhibits poor behaviour under seismic excitations; however it is extensively used in seismic prone areas, such as this case. The 9th of July of 1998 earthquake was the last seismic event in the islands, leaving many traditional stone constructions severely damaged or totally destroyed. This scenario led to an effort by the local government of improving the seismic resistance of these constructions, with the application of several reinforcement techniques. This work aims to study some of the most used reinforcement schemes after the 1998 earthquake, and to assess their effectiveness in the mitigation of the construction’s seismic vulnerability. A brief evaluation of the cost versus benefit of these retrofitting techniques is also made, seeking to identify those that are most suitable for each building typology. Thus, it was sought to analyze the case of real structures with different geometrical and physical characteristics, by establishing a comparison between the seismic performance of reinforced and non-reinforced structures. The first section contains the analysis of a total of six reinforcement scenarios for each building chosen. Using the recorded 1998 earthquake accelerograms, a linear time-history analysis was performed for each reinforcement scenario. A comparison was then established between the maximum displacements, inter-storey drift and maximum stress obtained, in order to evaluate the global seismic response of each reinforced structure. In the second part of the work, the examination of the performance obtained in the previous section, in relation to the cost of implementing each reinforcement technique, allowed to draw conclusions concerning the viability of implementing each reinforcement method, based on the book value of the buildings in study.

Ensaio para a implementação de procedimentos de um plano de manutenção das juntas de dilatação do estádio do Dragão

No Estádio do Dragão existem doze juntas de dilatação localizadas simetricamente, que separam o estádio em doze corpos independentes, com o objetivo de minimizar a fendilhação provocada pelas movimentações da estrutura resultantes da solicitação de ações diretas e, principalmente, indiretas nessa mesma estrutura. Neste relatório explicar-se-á a importância, causas e objetivos que levam à necessidade de utilização destas juntas de dilatação em geral nas edificações, e no caso particular do estádio referido. Este elemento estrutural é considerado pela empresa responsável pela manutenção do Estádio do Dragão como a causa de um dos principais problemas recorrentes no estádio que necessitam de uma exigente atenção. Esta consideração deve-se ao fato das intervenções nas juntas de dilatação terem um custo de manutenção bastante oneroso e também pelo frequente aparecimento de novas patologias associadas a este elemento, tais como infiltrações de água, que necessitam de uma reparação urgente. Portanto, no sentido de resolver estas patologias decorrentes do mau funcionamento dos sistemas de juntas existentes no Estádio do Dragão, foi proposto pela PortoEstádio a elaboração de procedimentos de um plano de manutenção das juntas de dilatação que permitisse planear as intervenções e mitigar o aparecimento dessas patologias, com o objetivo principal de minimizar os custos inerentes à manutenção das juntas de dilatação. Estes procedimentos solicitados e demais elementos complementares são apresentados no presente trabalho, com a classificação dos sistemas de juntas do Estádio do Dragão, identificação das principais patologias nos diversos sistemas de juntas, escolha de novos sistemas para substituição dos existentes no estádio e finalmente, a criação de uma calendarização de intervenções nas juntas para a implementação de um plano de manutenção preventiva neste elemento de grande importância estrutural.