Techno-economic analysis of three HVAC retrofitting options

Accounting for around 40% of the total final energy consumption, the building stock is an important area of focus on the way to reaching the energy goals set for the European Union. The relatively small share of new buildings makes renovation of existing buildings possibly the most feasible way of improving the overall energy performance of the building stock. This of course involves improvements on the climate shell, for example by additional insulation or change of window glazing, but also installation of new heating systems, to increase the energy efficiency and to fit the new heat load after renovation. In the choice of systems for heating, ventilation and air conditioning (HVAC), it is important to consider their performance for space heating as well as for domestic hot water (DHW), especially for a renovated house where the DHW share of the total heating consumption is larger. The present study treats the retrofitting of a generic single family house, which was defined as a reference building in a European energy renovation project. Three HVAC retrofitting options were compared from a techno-economic point of view: A) Air-to-water heat pump (AWHP) and mechanical ventilation with heat recovery (MVHR), B) Exhaust air heat pump (EAHP) with low-temperature ventilation radiators, and C) Gas boiler and ventilation with MVHR. The systems were simulated for houses with two levels of heating demand and four different locations: Stockholm, Gdansk, Stuttgart and London. They were then evaluated by means of life cycle cost (LCC) and primary energy consumption. Dynamic simulations were done in TRNSYS 17. In most cases, system C with gas boiler and MVHR was found to be the cheapest retrofitting option from a life cycle perspective. The advantage over the heat pump systems was particularly clear for a house in Germany, due to the large discrepancy between national prices of natural gas and electricity. In Sweden, where the price difference is much smaller, the heat pump systems had almost as low or even lower life cycle costs than the gas boiler system. Considering the limited availability of natural gas in Sweden, systems A and B would be the better options. From a primary energy point of view system A was the best option throughout, while system B often had the highest primary energy consumption. The limited capacity of the EAHP forced it to use more auxiliary heating than the other systems did, which lowered its COP. The AWHP managed the DHW load better due to a higher capacity, but had a lower COP than the EAHP in space heating mode. Systems A and C were notably favoured by the air heat recovery, which significantly reduced the heating demand. It was also seen that the DHW share of the total heating consumption was, as expected, larger for the house with the lower space heating demand. This confirms the supposition that it is important to include DHW in the study of HVAC systems for retrofitting.

Energy performance comparison of three innovative HVAC systems for renovation through dynamic simulation

In this paper, dynamic simulation was used to compare the energy performance of three innovativeHVAC systems: (A) mechanical ventilation with heat recovery (MVHR) and micro heat pump, (B) exhaustventilation with exhaust air-to-water heat pump and ventilation radiators, and (C) exhaust ventilationwith air-to-water heat pump and ventilation radiators, to a reference system: (D) exhaust ventilation withair-to-water heat pump and panel radiators. System A was modelled in MATLAB Simulink and systems Band C in TRNSYS 17. The reference system was modelled in both tools, for comparison between the two.All systems were tested with a model of a renovated single family house for varying U-values, climates,infiltration and ventilation rates.It was found that A was the best system for lower heating demand, while for higher heating demandsystem B would be preferable. System C was better than the reference system, but not as good as A or B.The difference in energy consumption of the reference system was less than 2 kWh/(m2a) betweenSimulink and TRNSYS. This could be explained by the different ways of handling solar gains, but also bythe fact that the TRNSYS systems supplied slightly more than the ideal heating demand.

Morphological and molecular characterization of cyanobacteria from a Brazilian facultative wastewater stabilization pond and evaluation of microcystin production

The cyanobacterial population in the Cajati waste stabilization pond system (WSP) from Sao Paulo State, Brazil was assessed by cell isolation and direct microscope counting techniques. Ten strains, belonging to five genera (Synechococcus, Merismopedia, Leptolyngbya, Limnothrix, and Nostoc), were isolated and identified by morphological and molecular analyses. Morphological identification of the isolated strains was congruent with their phylogenetic analyses based on 16S rDNA gene sequences. Six cyanobacterial genera (Synechocystis, Aphanocapsa, Merismopedia, Lyngbya, Phormidium, and Pseudanabaena) were identified by direct microscope inspection. Both techniques were complementary, since, of the six genera identified by direct microscopic inspection, only Merismopedia was isolated, and the four other isolated genera were not detected by direct inspection. Direct microscope counting of preserved cells showed that cyanobacteria were the dominant members (> 90%) of the phytoplankton community during both periods evaluated (summer and autumn). ELISA tests specific for hepatotoxicmicrocystins gave positive results for six strains (Synechococcus CENA108, Merismopedia CENA106, Leptolyngbya CENA103, Leptolyngbya CENA112, Limnothrix CENA109, and Limnothrix CENA110), and for wastewater samples collected from raw influent (3.70 mu g microcystins/l) and treated effluent (3.74 mu g microcystins/l) in summer. Our findings indicate that toxic cyanobacteria in WSP systems are of concern, since the treated effluent containing cyanotoxins will be discharged into rivers, irrigation channels, estuaries, or reservoirs, and can affect human and animal health.

Exergy-based method for analyzing the composition of the electricity cost generated in gas-fired combined cycle plants

The proposed method to analyze the composition of the cost of electricity is based on the energy conversion processes and the destruction of the exergy through the several thermodynamic processes that comprise a combined cycle power plant. The method uses thermoeconomics to evaluate and allocate the cost of exergy throughout the processes, considering costs related to inputs and investment in equipment. Although the concept may be applied to any combined cycle or cogeneration plant, this work develops only the mathematical modeling for three-pressure heat recovery steam generator (HRSG) configurations and total condensation of the produced steam. It is possible to study any n x 1 plant configuration (n sets of gas turbine and HRSGs associated to one steam turbine generator and condenser) with the developed model, assuming that every train operates identically and in steady state. The presented model was conceived from a complex configuration of a real power plant, over which variations may be applied in order to adapt it to a defined configuration under study [Borelli SJS. Method for the analysis of the composition of electricity costs in combined cycle thermoelectric power plants. Master in Energy Dissertation, Interdisciplinary Program of Energy, Institute of Eletro-technical and Energy, University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil, 2005 (in Portuguese)]. The variations and adaptations include, for instance, use of reheat, supplementary firing and partial load operation. It is also possible to undertake sensitivity analysis on geometrical equipment parameters. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Measuring the interaction forces between protein inclusion bodies and an air bubble using an atomic force microscope

Interaction forces between protein inclusion bodies and an air bubble have been quantified using an atomic force microscope (AFM). The inclusion bodies were attached to the AFM tip by covalent bonds. Interaction forces measured in various buffer concentrations varied from 9.7 nN to 25.3 nN (+/- 4-11%) depending on pH. Hydrophobic forces provide a stronger contribution to overall interaction force than electrostatic double layer forces. It also appears that the ionic strength affects the interaction force in a complex way that cannot be directly predicted by DLVO theory. The effects of pH are significantly stronger for the inclusion body compared to the air bubble. This study provides fundamental information that will subsequently facilitate the rational design of flotation recovery system for inclusion bodies. It has also demonstrated the potential of AFM to facilitate the design of such processes from a practical viewpoint.

Bacterial leakage in root canals obturated by different techniques. Part 1: microbiologic evaluation

Objective. This study compared the coronal bacterial leakage of root canals obturated by different techniques and with different lengths of obturation. Study design. The canals of palatal roots of 160 maxillary molars were instrumented and divided into different groups according to the obturation technique used (lateral condensation, Microseal system, Touch `n Heat + Ultrafil system, or Tagger`s hybrid technique) and the length of obturation (5 mm or 10 mm). The roots were impermeabilized, sterilized in ethylene oxide, and mounted on a device for evaluation of the bacterial leakage. Results. Tagger`s hybrid technique produced a statistically greater number of specimens with coronal leakage than the other techniques. There was no statistically significant difference between the lateral condensation, Touch `n Heat + Ultrafil, and Microseal groups. Root canals with 10 mm of obturation produced a statistically significantly smaller number of specimens with leakage than root canals with 5 mm of obturation. Conclusion. Tagger`s hybrid technique produced a greater number of specimens with coronal leakage than the other techniques, and a greater number of root canals with 5 mm of obturation leaked than root canals with 10 mm of obturation.

Concepção de um reactor batch multifunções

Mestrado em Engenharia Química

Aproveitamento de águas pluviais para rega

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

Fractional control with a smith predictor

The advantageous use of fractional calculus (FC) in the modeling and control of many dynamical systems has been recognized. In this paper, we study the control of a heat diffusion system based on the application of the FC concepts. Several algorithms are investigated and compared, when integrated within a Smith predictor control structure. Simulations are presented assessing the performance of the proposed fractional algorithms.

Industry energy optimization: A case study in a biodiesel production site

This paper presents a case study of heat exchanger network (HEN) retrofit with the objective to reduce the utilities consumption in a biodiesel production process. Pinch analysis studies allow determining the minimum duty utilities as well the maximum of heat recovery. The existence of heat exchangers for heat recovery already running in the process causes a serious restriction for the implementation of grassroot HEN design based on pinch studies. Maintaining the existing HEN, a set of alternatives with additional heat exchangers was created and analysed using some industrial advice and selection criteria. The final proposed solution allows to increase the actual 18 % of recovery heat of the all heating needs of the process to 23 %, with an estimated annual saving in hot utility of 35 k(sic)/y.

Gestão de resíduos produzidos num sistema de drenagem e tratamento de águas residuais

O presente trabalho centra-se na gestão de resíduos produzidos no sistema de drenagem e tratamento de águas residuais do município de Vila Nova de Gaia. A entidade onde decorreu o trabalho é uma empresa responsável pela distribuição de água e pela drenagem e tratamento de águas residuais. A empresa está certificada pela norma NP EN ISO 14001, desde 2001, sendo então um dos objectivos o enquadramento da gestão dos resíduos em estudo na referida norma, acompanhando os requisitos da mesma com vista ao seu total cumprimento. Outros dos objectivos foi estudar qual a opção de tratamento mais adequada a aplicar ao resíduo no seu local de armazenamento temporário com vista a minorar os seus impactes ambientais. De acordo com a caracterização analítica do resíduo e com os aspetos legais aplicáveis, foram também analisados os destinos finais possíveis e ambientalmente adequados ao resíduo. A medida proposta para a minimização de impactes no local de armazenamento temporário do resíduo foi a estabilização com cal nos leitos de secagem, disponíveis numa antiga ETAR de loteamento. O doseamento de cal a aplicar ao resíduo será de 10 kg de cal apagada comercial (Ca (OH)2) por uma tonelada de resíduo fresco com um período mínimo de secagem de 2 meses. Outra das medidas de minimização de impactes selecionada foi a implantação de uma cortina arbórea ao redor da instalação. Sendo o resíduo em estudo muito heterogéneo, constituído principalmente por areias, terras e gradados, a valorização foi equacionada mas não foram encontrados alternativas viáveis. O destino final considerado como mais adequado tendo em conta todas as características do resíduo e eluato, analisadas de acordo com o previsto no Decreto-Lei n.º 183/2009 de 10 de Agosto, foi o aterro para resíduos não perigosos. Foi também objecto do estudo a identificação e análise de todos os aspectos ambientais relacionados com a gestão de resíduos e a avaliação da sua significância. Dos aspectos ambientais identificados como significativos, destacam-se aqueles que ocorrem presentemente, os resíduos armazenados (gradados/limpeza de redes), e os que podem ocorrer em situações de emergência, fuga/derrame de óleos/combustíveis e cheiros/odores. De forma a minimizar os aspectos ambientais identificados, e de acordo com a norma NP EN ISO 14001, foram propostas ações que constam de um programa de gestão elaborado para este trabalho, onde se definem os objectivos, metas e prazos. As principais medidas propostas no programa de gestão foram: Estabilização com cal (inicial e reforço se necessário); melhoria do espaço envolvente; análise de questões de saúde ocupacional/segurança; adjudicação de prestação de serviços da recolha por operador licenciado; implantação da cortina arbórea; registo no SIRAPA; criação de planos de emergência ambiental e de segurança.

Auditoria energética às unidades de cogeração e central térmica

A tese de mestrado teve como objetivo o estudo e análise do funcionamento das centrais de cogeração e térmica da fábrica da Unicer em Leça do Balio, com o intuito de melhorar a sua eficiência, propondo alterações processuais. O trabalho realizado consistiu no reconhecimento das instalações, seguido da formulação e resolução dos balanços de energia globais. Com o acompanhamento diário do funcionamento foi possível propor melhorias sem custos que se revelaram muito benéficas, registando-se um aumento nas recuperações térmicas e por consequência no Rendimento Elétrico Equivalente (R.E.E.), na eficiência da instalação da cogeração e da central térmica. Na cogeração registou-se um aumento de 36,2% na potência recuperada em água quente, aproximadamente 600 kW, sendo já superior à prevista pelo projeto. Na caldeira recuperativa registou-se um ligeiro aumento de 4,0% na potência recuperada. Deste modo o rendimento térmico da central aumentou 6,4%, atingindo os 40,8% e superando os 40,4% projetados. O rendimento global final foi de 83,1% o que representa um aumento de 6,3%. O R.E.E. em Maio de 2014 foi de 76,3%, superior ao valor em Junho de 2013 em 8,7%. Tendo como referência o valor alvo de 70,5% para o R.E.E. apontado no início do estágio, nos últimos 8 meses o seu valor tem sido sempre superior e em crescimento. Existe ainda a possibilidade de aproveitar a energia térmica de baixa temperatura que está a ser dissipada numa torre de arrefecimento, no mínimo 40 kW, num investimento com um período de retorno de investimento máximo de 8,1 meses. Na central térmica registou-se um aumento do rendimento para a mesma quantidade de energia produzida na central, pois esta é a principal variável do processo. Em 2014 a produção de energia apresentou um valor inferior a 2013, 6,9%, e a eficiência registou um acréscimo de 2,0%. A incorporação de biogás na alimentação de combustível à caldeira bifuel não pareceu comprometer significativamente a eficiência da central térmica, pelo que a sua utilização é benéfica. Com o aumento das recuperações térmicas na central de cogeração foram estimadas poupanças de gás natural equivalentes a 3,3 GWh, o que significa 120.680€ economizados nos últimos 11 meses do trabalho. É esperado uma poupança de 18.000€ mensais com a melhoria do funcionamento obtida nas duas centrais.

Impacto das medidas de conservação de energia em projeto na redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício

O presente trabalho pretende mostrar que a aplicação de medidas de conservação de energia (MCE) pode representar uma redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício. Mais concretamente, pode representar uma redução da utilização de materiais e equipamentos, e como consequência, uma redução no esforço económico ao primeiro investimento. Podendo posteriormente representar uma redução na utilização de energia durante o período de funcionamento do edifício. A aplicação de MCE no sector da construção tem vindo a ser uma prática corrente nos novos edifícios e edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. Esta prática deve-se à obrigatoriedade de cumprimento de requisitos regulamentares aplicados à otimização do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, nomeadamente, o RCCTE e o RSECE, entretanto revogados pelo REH e pelo RECS, respetivamente. A implementação de MCE apresenta, na maioria dos casos, benefícios económicos para o promotor do edifício, uma vez que se traduz muitas vezes, na otimização do dimensionamento dos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Esta otimização permite reduzir os custos associados ao primeiro investimento, bem como na utilização de energia por parte do utilizador, logo na redução dos custos de exploração. No entanto, a falta de quantificação dos impactos do dimensionamento dos sistemas AVAC, da redução de utilização de energia e da análise do custo-benefício da sua aplicação pode condicionar o interesse na sua implementação. Neste contexto, surge a presente dissertação, por iniciativa do Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), aplicado a um caso prático de um edifício já construído e propriedade daquela empresa. Com este trabalho pretende-se avaliar o contributo efetivo das MCE implementadas na fase de projeto e na fase de construção, quer na otimização da dimensão de sistemas e equipamentos AVAC, por via da redução das necessidades energéticas, quer na redução de utilização de energia, permitindo, de seguida, uma avaliação custo-benefício.Na base do caso de estudo está o ECOTERMOLAB, o edifício acima referido, adquirido pelo ISQ para instalação de um laboratório de formação, investigação e desenvolvimento na área da energia. Após aquisição pelo ISQ, o edifício sofreu várias alterações/beneficiações, entre as quais a implementação de MCE, tais como, a aplicação de isolamento térmico na envolvente opaca (paredes, pavimentos e coberturas), duplicação dos vãos envidraçados simples, conferindo-lhes melhores caraterísticas térmicas, e pela aplicação de proteções solar. Foram ainda adotadas MCE aos sistemas AVAC, designadamente, pela adoção de recuperadores de calor nas Unidades de Tratamento de Ar Novo (UTAN’s) e de variadores de velocidade nas bombas de circulação de água e nos ventiladores de ar das UTAN’s. Pretendia o ISQ concluir se a aplicação de todas as MCE contribuiu de forma efetiva para o dimensionamento de sistemas e equipamentos AVAC de menor capacidade e, consequentemente, numa redução de utilização de energia. Em sequência, pretendia avaliar a viabilidade económica da aplicação de todas as MCE, estimando o sobrecusto inicial e o tempo necessário para o retorno financeiro daquele investimento. Para alcançar os objetivos propostos, procedeu-se à simulação energética dinâmica do ECOTERMOLAB, utilizando o programa EnergyPlus. Primeiro foi simulada uma situação base do edifício, sem quaisquer MCE. Posteriormente foi caraterizada cada uma das situações de aplicação das MCE, com o objetivo de avaliar o respetivo impacto individual na utilização de energia pelos sistemas AVAC. Por último foram assumidas todas as soluções em conjunto para avaliar o impacto final de todas as MCE na utilização de energia dos sistemas AVAC, bem como no seu dimensionamento. Das simulações dinâmicas foram obtidos os valores das necessidades de aquecimento e arrefecimento, de energia utilizada pelos sistemas AVAC e de caudais de água aquecida e arrefecida circulada. Com estes valores foi feita uma estimativa de dimensionamento dos equipamentos e componentes AVAC para as situações da aplicação de todas as MCE no ECOTERMOLAB e a sua ausência. A partir da diferença dos custos de aquisição dos respetivos equipamentos e dos valores de poupança em energia foi realizado o estudo da viabilidade económica da implementação das MCE neste edifício. Este estudo permitiu concluir que a aplicação das MCE no ECOTERMOLAB levou à redução da dimensão na generalidade dos equipamentos e componentes AVAC. Permitiu, ainda, concluir que houve uma diminuição de utilização de energia por parte destes sistemas e equipamentos para o aquecimento e arrefecimento. Conclui-se ainda que o período de retorno (Payback) do sobrecusto inicial, estimado em 37.822€ é de, aproximadamente, onze anos e meio, para um valor atual líquido (VAL) de 8.061€ e à taxa interna de rentabilidade (TIR) de 7,03%.

Construcció d'un refugi situat al terme municipal de Vallfogona de Ripollès, pensat com a final d'etapa per a rutes a cavall

Els negocis relacionats amb les activitats de lleure i els esports d’aventura actualment es troben en expansió, buscant majoritàriament el contacte amb la natura. Les rutes a cavall formen part del gran ventall d’opcions, per aquesta qüestió s’ha pensat en construir un refugi utilitzat com a final d’etapa per a rutes a cavall. En la major part del territori, la presència de població humana es manifesta en pobles, viles i ciutats, les quals disposes d’aigua sanitària, corrent elèctric i sistema de clavegueram. Per altra banda en les urbanitzacions o cases aïllades poder gaudir d’aquests serveis suposa una inversió econòmica elevada, que implica la utilització de sistemes alternatius. En el present projecte s’ha triat un emplaçament on portar a terme el final d’etapa amb una sèrie de requisits a complir : bosc a les proximitats, disposar d’un o varis accessos per a vehicles (transport del material d’intendència), tranquil•litat, bones vistes, i cobertura de telèfon mòbil. S’han acceptat les següents limitacions : no disposar de xarxa pública d’electricitat ni d’aigua. I s’han dimensionat les instal•lacions per a un màxim de dotze persones i els seus respectius cavalls. El principal objectiu del projecte és el dimensionament de les necessitats elèctriques, d’aigua i d’aiguacalenta sanitària en condicions autònomes, i utilitzant energies renovables. La valoració de les possibles solucions per condicionar les instal•lacions, i oferir una resposta eficient per la demanda. No és un objectiu específic del treball la potabilització de l’aigua ni el tractament dels residus produïts. S’han aprofitat els diferents desnivells que presenta l’emplaçament triat a l’hora de distribuir les instal•lacions, i s’ha utilitzat un antic cobert de dos pisos ja existent. Com a residència s’ha triat un model de casa prefabricada de muntanya. Com a sistema de subministrament elèctric, s’instal•laran plaques solars fotovoltaiques i un generador de corrent com a sistema auxiliar. La captació d’aigua s’efectuarà a partir d’un pou que es troba en el terreny i de la recollida d el’aigua pluvial, instal•lant dipòsits d’emmagatzemament d’aigua segons les necessitats. S’utilitzarà un equip de cloració per potabilitzar l’aigua de consum utilitzada a la residència. En la producció d’aigua calenta sanitària s’utilitzaran plaques solars tèrmiques i una caldera instantània de gas propà com a suport. Per cuinar s’ha triat una cuina de gas propà i una barbacoa que s’instal•larà a l’exterior. S’instal•larà una llar de foc amb recuperador d’aire a la residència i una fosa sèptica amb un sistema d’infiltració per poder abocar les aigües provinents de la residència. Els fems dels cavalls podran ser utilitzats com adob pel terreny.