Estudo comparativo entre o sistema convencional de arrefecimento e o arrefecedor evaporativo para os edifícios industriais portugueses

Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.

Sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica

A racionalização do consumo de energia elétrica é um tema que assume uma importância crescente nos dias de hoje. O elevado consumo de energia, principalmente a nível comercial/industrial, tem motivado o aparecimento de questões políticas, económico-sociais e ambientais que visam a sensibilização dos consumidores para a gestão eficiente dos seus recursos. Neste sentido, as empresas e instituições têm demonstrado interesse em encontrar soluções de gestão nas suas instalações elétricas que permitam a monitorização de indicadores e a previsão de falhas cuja ocorrência acarreta elevados custos de reparação/substituição, de paragem de produção, entre outros. O estudo aqui apresentado surge no âmbito de um projeto académico, cuja finalidade se prende com a implementação de um sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Baseado numa rede de dispositivos analisadores de parâmetros de energia elétrica, estes equipamentos de medição dispõem de software próprio, o GridVis, que permite o acesso remoto, através de uma rede Ethernet, aos parâmetros de energia (grandezas físicas elétricas). O sistema desenvolvido é capaz de identificar parâmetros de consumo de energia anómalos e emitir alertas, pré-programados em linguagem C++ e diagrama de blocos. Permite, por exemplo, detetar um consumo instantâneo excessivo de energia e alertar a sua ocorrência. As páginas de acesso aos parâmetros medidos por cada dispositivo são acessíveis através de uma interface gráfica desenvolvida em Adobe Flash que inclui, de uma forma simples e organizada, a informação relativa à distribuição dos dispositivos de medição. Num contexto de expansão deste projeto para outros edifícios do ISEP, a solução desenvolvida encontra-se preparada para ser adaptada em qualquer local, desde que reúna certos requisitos.

Impacto das opções de conceção em edifícios zero energy o caso dos grandes edifícios de serviços

Atualmente, o parque edificado é responsável pelo consumo de 40% da energia total consumida em toda a União Europeia. As previsões apontam para o crescimento do sector da construção civil, nomeadamente a construção de edifícios, o que permite perspetivar um aumento do consumo de energia nesta área. Medidas importantes, como o lançamento da Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho de 19 de Maio de 2010 relativa ao desempenho energético dos edifícios, abrem caminho para a diminuição das necessidades energéticas e emissões de gases de efeito de estufa. Nela são apontados objetivos para aumentar a eficiência energética do parque edificado, tendo como objetivo que a partir de 2020 todos os novos edifícios sejam energeticamente eficientes e de balanço energético quase zero, com principal destaque para a compensação usando produção energética própria proveniente de fontes renováveis. Este novo requisito, denominado nearly zero energy building, apresenta-se como um novo incentivo no caminho para a sustentabilidade energética. As técnicas e tecnologias usadas na conceção dos edifícios terão um impacto positivo na análise de ciclo de vida, nomeadamente na minimização do impacto ambiental e na racionalização do consumo energético. Desta forma, pretendeu-se analisar a aplicabilidade do conceito nearly zero energy building a um grande edifício de serviços e o seu impacto em termos de ciclo de vida a 50 anos. Partindo da análise de alguns estudos sobre o consumo energético e sobre edifícios de balanço energético quase nulo já construídos em Portugal, desenvolveu-se uma análise de ciclo de vida para o caso de um edifício de serviços, da qual resultou um conjunto de propostas de otimização da sua eficiência energética e de captação de energias renováveis. As medidas apresentadas foram avaliadas com o auxílio de diferentes aplicações como DIALux, IES VE e o PVsyst, com o objetivo de verificar o seu impacto através da comparação com estado inicial de consumo energético do edifício. Nas condições iniciais, o resultado da análise de ciclo de vida do edifício a 50 anos no que respeita ao consumo energético e respetivas emissões de CO2 na fase de operação foi de 6 MWh/m2 e 1,62 t/m2, respetivamente. Com aplicação de medidas propostas de otimização, o consumo e as respetivas emissões de CO2 foram reduzidas para 5,2 MWh/m2 e 1,37 t/m2 respetivamente. Embora se tenha conseguido reduzir ao consumo com as medidas propostas de otimização de energia, chegou-se à conclusão que o sistema fotovoltaico dimensionado para fornecer energia ao edifício não consegue satisfazer as necessidades energéticas do edifício no final dos 50 anos.

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.

Estudo da redução de consumos energéticos de uma Piscina Municipal

As cada vez mais importantes questões ambientais levam à imprescindibilidade da eficiência energética, sendo que esta tem cada vez mais importância a nível mundial. Deste modo, a eficiência energética, quer por uma obrigação legal (devido aos níveis de consumo) quer por questões de estatuto no mercado (imagem de uma empresa amiga do ambiente), está bem presente no mundo industrial. Portugal apresenta, no que diz respeito à situação energética, uma forte dependência externa, acima dos 70 %. Em 2012, informação disponível pela Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG), o consumo total de energia primária era de 21.482 ktep e mais de 55 % desse consumo era proveniente de origem fóssil. Os setores que apresentam maiores consumos de eletricidade por setor de atividade são a Indústria e o setor de Serviços, onde estão presentes os edifícios com consumos perto dos 33 %. De forma a promover a eficiência energética e implementar a utilização racional de energia foram criados programas, estratégias e legislação que permitiram incentivar a diminuição dos consumos de energia nos edifícios de serviço. Uma das metodologias implementadas passa pela gestão de energia, ou seja, para atuar é necessário conhecer os fluxos de energia de um edifício. As auditorias energéticas permitem realizar um levantamento e análise desses mesmos fluxos, com o desígnio de identificar oportunidades de racionalização de consumo de energia. Nesta dissertação foi realizado um estudo da redução de consumos energéticos de uma piscina municipal baseado em dados de uma auditoria energética. Através da auditoria foi possível obter um resultado do exame energético, caracterizar o perfil real de utilização da energia elétrica e caracterizar os equipamentos dos consumidores energéticos instalados. Também permitiu realizar um levantamento térmico, de forma conhecer as temperaturas e a humidade relativa do edifício. Por fim, são apresentadas cinco medidas e algumas recomendações de eficiência energética, que permitem uma redução do consumo anual à instalação de cerca de 20%. Procedeu-se, também, a uma análise dos dados obtidos na auditoria, de forma a identificar algumas oportunidades de racionalização de energia.

Virtual Campus for the University of Jaume I, Castelló, Spain: 3D Modelling of the Campus Buildings using CityEngine

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Analysis and visualization of energy use for university campus

The reduction of greenhouse gas emissions is one of the big global challenges for the next decades due to its severe impact on the atmosphere that leads to a change in the climate and other environmental factors. One of the main sources of greenhouse gas is energy consumption, therefore a number of initiatives and calls for awareness and sustainability in energy use are issued among different types of institutional and organizations. The European Council adopted in 2007 energy and climate change objectives for 20% improvement until 2020. All European countries are required to use energy with more efficiency. Several steps could be conducted for energy reduction: understanding the buildings behavior through time, revealing the factors that influence the consumption, applying the right measurement for reduction and sustainability, visualizing the hidden connection between our daily habits impacts on the natural world and promoting to more sustainable life. Researchers have suggested that feedback visualization can effectively encourage conservation with energy reduction rate of 18%. Furthermore, researchers have contributed to the identification process of a set of factors which are very likely to influence consumption. Such as occupancy level, occupants behavior, environmental conditions, building thermal envelope, climate zones, etc. Nowadays, the amount of energy consumption at the university campuses are huge and it needs great effort to meet the reduction requested by European Council as well as the cost reduction. Thus, the present study was performed on the university buildings as a use case to: a. Investigate the most dynamic influence factors on energy consumption in campus; b. Implement prediction model for electricity consumption using different techniques, such as the traditional regression way and the alternative machine learning techniques; and c. Assist energy management by providing a real time energy feedback and visualization in campus for more awareness and better decision making. This methodology is implemented to the use case of University Jaume I (UJI), located in Castellon, Spain.

Assessing initial embodied energy in building structures using LCA methodology

The considerable amount of energy consumed on Earth is a major cause for not achieving sustainable development. Buildings are responsible for the highest worldwide energy consumption, nearly 40%. Strong efforts have been made in what concerns the reduction of buildings operational energy (heating, hot water, ventilation, electricity), since operational energy is so far the highest energy component in a building life cycle. However, as operational energy is being reduced the embodied energy increases. One of the building elements responsible for higher embodied energy consumption is the building structural system. Therefore, the present work is going to study part of embodied energy (initial embodied energy) in building structures using a life cycle assessment methodology, in order to contribute for a greater understanding of embodied energy in buildings structural systems. Initial embodied energy is estimated for a building structure by varying the span and the structural material type. The results are analysed and compared for different stages, and some conclusions are drawn. At the end of this work it was possible to conclude that the building span does not have considerable influence in embodied energy consumption of building structures. However, the structural material type has influence in the overall energetic performance. In fact, with this research it was possible that building structure that requires more initial embodied energy is the steel structure; then the glued laminated timber structure; and finally the concrete structure.

Sustainable mortars with incorporation of microencapsulated phase change materials

The construction industry is responsible for high energy and raw materials consumption. Thus, it is important to minimize the high energy consumption by taking advantage of renewable energy sources and reusing industrial waste, decreasing the extraction of natural materials. The mortars with incorporation of phase change materials (PCM) have the ability to regulate the temperature inside buildings, contributing to the thermal comfort and reduction of the use of heating and cooling equipment, using only the energy supplied by the sun. The simultaneous incorporation of PCM and fly ash (FA) can reduce the energy consumption and the amount of materials landfilled. However, the addition of these materials in mortars modifies its characteristics. The main purpose of this study was the production and characterization in the fresh and hardened state of mortars with incorporation of different contents of PCM and FA. The binders studied were aerial lime, hydraulic lime, gypsum and cement. The proportion of PCM studied was 0%, 20%, 40% and 60% of the mass of the sand. The content of fly ash added to the mortars was 0%, 20%, 40% and 60% of the mass of the binder. It was possible to observe that the incorporation of PCM and fly ash in mortars caused differences in properties such as workability, microstructure, water absorption, compressive strength, flexural strength and adhesion.

Cost-effective energy and carbon emission optimization in building renovation – A case-study in a low income neighbourhood

Construction sector is one of the major responsible for energy consumption and carbon emissions and renovation of existing buildings plays an important role in the actions to mitigate climate changes. Present work is based on the methodology developed in IEA Annex 56, allowing identifying cost optimal and cost effective renovation scenarios improving the energy performance. The analysed case study is a residential neighbourhood of the municipality of Gaia in Portugal. The analysis compares a reference renovation scenario (without improving the energy performance of the building) with a series of alternative renovation scenarios, including the one that is being implemented.

IEA EBC Annex56 vision for cost effective energy and carbon emissions optimization in building renovation

Building sector has become an important target for carbon emissions reduction, energy consumption and resources depletion. Due to low rates of replacement of the existing buildings, their low energy performances are a major concern. Most of the current regulations are focused on new buildings and do not account with the several technical, functional and economic constraints that have to be faced in the renovation of existing buildings. Thus, a new methodology is proposed to be used in the decision making process for energy related building renovation, allowing finding a cost-effective balance between energy consumption, carbon emissions and overall added value.

Analysis of energy management in GMIT

Energy management is the process of monitoring, controlling and conserving energy in a building or organisation. The main reasons for this are for cost purposes and benefit to the environment. Through various techniques and solutions for lighting, heating, office equipment, the building fabric etc along with a change in people’s attitudes there can be a substantial saving in the amount spent on energy. A good example o f energy waste in GMIT is the lighting situation in the library. All the lights are switched on all day on even in places where that is adequate daylighting, which is a big waste o f energy. Also the lights for book shelves are left on. Surely all these books won’t be searched for all at the one time. It would make much more sense to have local switches that the users can control when they are searching for a particular book. Heating controls for the older parts o f the college are badly needed. A room like 834 needs a TRV to prevent it from overheating as temperatures often reach the high twenties due to the heat from the radiators, computers, solar gains and heat from users o f the room. Also in the old part o f the college it is missing vital insulation, along with not being air tight due to the era when it was built. Pumped bonded bead insulation and sealant around services and gaps can greatly improve the thermal performance o f the building and help achieve a higher BER cert. GMIT should also look at the possibility o f installing a CHP plant to meet the base heating loads. It would meet the requirement o f running 4500 hours a year and would receive some financial support from the Accelerated Capital Allowance. I f people’s attitudes are changed through energy awareness campaigns and a few changes made for more energy efficient equipment, substantial savings can be made in the energy expenditure.

Going beyond energy intensity to understand the energy metabolism of nations: the case of Argentina

The link between energy consumption and economic growth has been widely studied in the economic literature. Understanding this relationship is important from both an environmental and a socio-economic point of view, as energy consumption is crucial to economic activity and human environmental impact. This relevance is even higher for developing countries, since energy consumption per unit of output varies through the phases of development, increasing from an agricultural stage to an industrial one and then decreasing for certain service based economies. In the Argentinean case, the relevance of energy consumption to economic development seems to be particularly important. While energy intensity seems to exhibit a U-Shaped curve from 1990 to 2003 decreasing slightly after that year, total energy consumption increases along the period of analysis. Why does this happen? How can we relate this result with the sustainability debate? All these questions are very important due to Argentinean hydrocarbons dependence and due to the recent reduction in oil and natural gas reserves, which can lead to a lack of security of supply. In this paper we study Argentinean energy consumption pattern for the period 1990-2007, to discuss current and future energy and economic sustainability. To this purpose, we developed a conventional analysis, studying energy intensity, and a non conventional analysis, using the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) accounting methodology. Both methodologies show that the development process followed by Argentina has not been good enough to assure sustainability in the long term. Instead of improving energy use, energy intensity has increased. The current composition of its energy mix, and the recent economic crisis in Argentina, as well as its development path, are some of the possible explanations.

The Energy metabolism of China and India between 1971-2010: studying the bifurcation

This paper presents a comparison of the changes in the energetic metabolic pattern of China and India, the two most populated countries in the world, with two economies undergoing an important economic transition. The comparison of the changes in the energetic metabolic pattern has the scope to characterize and explain a bifurcation in their evolutionary path in the recent years, using the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) approach. The analysis shows an impressive transformation of China’s energy metabolism determined by the joining of the WTO in 2001. Since then, China became the largest factory of the world with a generalized capitalization of all sectors ―especially the industrial sector― boosting economic labor productivity as well as total energy consumption. India, on the contrary, lags behind when considering these factors. Looking at changes in the household sector (energy metabolism associated with final consumption) in the case of China, the energetic metabolic rate (EMR) soared in the last decade, also thanks to a reduced growth of population, whereas in India it remained stagnant for the last 40 years. This analysis indicates a big challenge for India for the next decade. In the light of the data analyzed both countries will continue to require strong injections of technical capital requiring a continuous increase in their total energy consumption. When considering the size of these economies it is easy to guess that this may induce a dramatic increase in the price of energy, an event that at the moment will penalize much more the chance of a quick economic development of India.

Eficiència energètica aplicada a les instal·lacions de la Universitat de Vic

En termes generals, es pot definir l’Eficiència Energètica com la reducció del consum d’energia mantenint els mateixos serveis energètics, sense disminuir el nostre confort i qualitat de vida, protegint el medi ambient, assegurant el proveïment i fomentant un comportament Sostenible al seu ús. L’objectiu principal d’aquest treball, és reduir el consum d’energia i terme de potència contractat a la Universitat de Vic, aplicant un programa d’estalvi amb mesures correctores en el funcionament de les seves instal·lacions o espais. Per tal de poder arribar a aquest objectiu marcat, prèviament s’ha realitzat un estudi acurat, obtenint tota la informació necessària per poder aplicar les mesures correctores a la bossa més important de consum. Un cop trobada, dur a terme l’estudi de la viabilitat de la inversió de les mesures correctores més eficients, optimitzant els recursos destinats. L’espai on s’ha dut a terme l’estudi, ha estat a l’edifici F del Campus Miramarges, seguint les indicacions d’Arnau Bardolet (Cap de Manteniment de la UVIC). Aquest edifici consta d’un entresol, baixos i quatre plantes. L’equip de mesura que s’ha fet servir per realitzar l’estudi, és de la marca Circutor sèrie AR5-L, aquests equips són programables que mesuren, calculen i emmagatzemen en memòria els principals paràmetres elèctrics en xarxes trifàsiques. Els projectes futurs complementaris que es podrien realitzar a part d’aquest són: instal·lar sensors, instal·lar mòduls convertidors TCP/IP, aprofitar la xarxa intranet i crear un escada amb un sinòptic de control i gestió des d’un punt de treball. Aquest aplicatiu permet visualitzar en una pantalla d’un PC tots els estats dels elements controlats mitjançant un sinòptic (encendre/parar manualment l’enllumenat i endolls de les aules, estat d’enllumenat i endolls de les aules, consums instantanis/acumulats energètics, estat dels passadissos entre altres) i explotar les dades recollides a la base de dades. Cada espai tindria la seva lògica de funcionament automàtic específic. Entre les conclusions més rellevants obtingudes en aquest treball s’observa: · Que és pot reduir la potència contractada a la factura a l’estar per sota de la realment consumida. · Que no hi ha penalitzacions a la factura per consum de reactiva, ja que el compensador funciona correctament. · Que es pot reduir l’horari de l’inici del consum d’energia, ja que no correspon a l’activitat docent. · Els valors de la tensió i freqüència estan dintre de la normalitat. · Els harmònics estan al llindar màxim. Analitzant aquestes conclusions, voldria destacar les mesures correctores més importants que es poden dur a terme: canvi tecnològic a LED, temporitzar automàticament l’encesa i apagada dels fluorescents i equips informàtics de les aules “seguint calendari docent”, instal·lar sensors de moviment amb detecció lumínica als passadissos. Totes les conclusions extretes d’aquest treball, es poden aplicar a tots els edificis de la facultat, prèviament realitzant l’estudi individual de cadascuna, seguint els mateixos criteris per tal d’optimitzar la inversió.