Análise de sensibilidade na simulação dinâmica de um grande edifício escolar existente

Dado o panorama de conservação de energia a nível nacional e mundial, torna-se hoje em dia muito importante, que seja possível controlar e estimar o consumo energético nos edifícios. Assim, atendendo à actual problemática energética e ao crescente consumo energético nos edifícios, é importante parametrizar, avaliar e comparar este consumo. Neste sentido, nas últimas décadas, têm sido efectuados desenvolvimentos técnicos, quer ao nível do equipamento de campo para efectuar monitorização e medição, quer ao nível da simulação dinâmica de edifícios. Com esta dissertação de mestrado, pretendeu-se efectuar a simulação dinâmica de um edifício escolar existente a funcionar em pleno, e efectuar uma análise de sensibilidade relativamente ao grau de variação dos resultados obtidos através da aplicação de dois programas de cálculo térmico e energético. Foram utilizados, o programa VE-Pro da IES (Integrated Environmental Solutions) e o programa Trace 700 da TRANE. Ambos os programas foram parametrizados com os mesmos dados de entrada, tendo em atenção as opções de simulação disponibilizadas por ambos. Posteriormente, utilizaram-se os dados retirados da simulação para calcular a classificação energética no âmbito do sistema de certificação energética (SCE), através de uma folha de cálculo desenvolvida para o efeito. Foram ainda consideradas várias soluções de eficiência energética para o edifício, com vista a poupanças reais de energia, tendo sempre atenção ao conforto térmico dos ocupantes. Dessas medidas fazem parte, medidas relacionadas com a iluminação, como a substituição da iluminação existente por luminárias do tipo LED (Light Emitting Diode), soluções de energias renováveis, como a instalação de colectores solares para aquecimento das águas quentes sanitárias, e painéis fotovoltaicos para produção de energia, bem como medidas ligadas aos equipamentos de climatização. Posteriormente, recalculou-se a classificação energética afectada das melhorias. Os resultados obtidos nas duas simulações foram analisados sob o ponto de vista do aquecimento, arrefecimento, ventilação, iluminação e equipamentos eléctricos. A comparação das duas simulações para cada parâmetro acima referido, apresentaram variações inferiores a 5%. O desvio maior verificou-se na ventilação, com o valor de aproximadamente 4,9%. Transpondo estes resultados para o cálculo do IEE (Índice de Eficiência Energética), verificou-se um desvio inferior a 2%.

Formate metabolism in sulfate reducing bacteria

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

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%.

Aplicação do Ensaio de Porta Ventiladora ao Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios

Com a crescente sensibilização mundial relativa ao aquecimento global, provocado pela alta quantidade de emissão de gases com efeito de estufa, torna-se imperativa a redução de consumos de combustíveis fósseis e consecutivas emissões. Ao nível da construção civil, uma intervenção eficaz na prevenção de perdas de ar aquecido poderá levar a diminuições superiores a 50% na utilização de energia. Este trabalho pretende estudar a importância da eficiência energética nos edifícios, com especial enfoque na sua permeabilidade ao ar. O ensaio de porta ventiladora permite avaliar esta permeabilidade e identificar os locais onde se dão as infiltrações, nomeadamente com auxílio da câmara térmica. O principal objectivo é estudar a aplicação deste ensaio na legislação em desenvolvimento no âmbito da certificação energética, através da comparação dos resultados de quatro habitações distintas. Também ao nível da eficiência energética, será obtida a classe energética, segundo a legislação em vigor à corrente data em Portugal, de uma das habitaçãoes ensaiadas e propostas medidas de melhoria para o desempenho energético desta. Do estudo efectuado é destacado o facto de o valor de renovações horárias do ar interior de uma fracção ser sempre inferior quando obtido unicamente através da legislação em desenvolvimento, em comparação com a obtenção deste através da legislação com auxílio do ensaio da porta ventiladora, o que leva a um grande desincentivo na utilização deste.

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.

Perylene Diimide acceptors: Fabrication and characterization of electron-only, hole-only devices and solar cells

The thrust towards energy conservation and reduced environmental footprint has fueled intensive research for alternative low cost sources of renewable energy. Organic photovoltaic cells (OPVs), with their low fabrication costs, easy processing and flexibility, represent a possible viable alternative. Perylene diimides (PDIs) are promising electron-acceptor candidates for bulk heterojunction (BHJ) OPVs, as they combine higher absorption and stability with tunable material properties, such as solubility and position of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level. A prerequisite for trap free electron transport is for the LUMO to be located at a level deeper than 3.7 eV since electron trapping in organic semiconductors is universal and dominated by a trap level located at 3.6 eV. Although the mostly used fullerene acceptors in polymer:fullerene solar cells feature trap-free electron transport, low optical absorption of fullerene derivatives limits maximum attainable efficiency. In this thesis, we try to get a better understanding of the electronic properties of PDIs, with a focus on charge carrier transport characteristics and the effect of different processing conditions such as annealing temperature and top contact (cathode) material. We report on a commercially available PDI and three PDI derivatives as acceptor materials, and its blends with MEH-PPV (Poly[2-methoxy 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) and P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) donor materials in single carrier devices (electron-only and hole-only) and in solar cells. Space-charge limited current measurements and modelling of temperature dependent J-V characteristics confirmed that the electron transport is essentially trap-free in such materials. Different blend ratios of P3HT:PDI-1 (1:1) and (1:3) show increase in the device performance with increasing PDI-1 ratio. Furthermore, thermal annealing of the devices have a significant effect in the solar cells that decreases open-circuit voltage (Voc) and fill factor FF, but increases short-circuit current (Jsc) and overall device performance. Morphological studies show that over-aggregation in traditional donor:PDI blend systems is still a big problem, which hinders charge carrier transport and performance in solar cells.

Using the GPU to design complex profile extrusion dies

In the present work the benefits of using graphics processing units (GPU) to aid the design of complex geometry profile extrusion dies, are studied. For that purpose, a3Dfinite volume based code that employs unstructured meshes to solve and couple the continuity, momentum and energy conservation equations governing the fluid flow, together with aconstitutive equation, was used. To evaluate the possibility of reducing the calculation time spent on the numerical calculations, the numerical code was parallelized in the GPU, using asimple programing approach without complex memory manipulations. For verificationpurposes, simulations were performed for three benchmark problems: Poiseuille flow, lid-driven cavity flow and flow around acylinder. Subsequently, the code was used on the design of two real life extrusion dies for the production of a medical catheter and a wood plastic composite decking profile. To evaluate the benefits, the results obtained with the GPU parallelized code were compared, in terms of speedup, with a serial implementation of the same code, that traditionally runs on the central processing unit (CPU). The results obtained show that, even with the simple parallelization approach employed, it was possible to obtain a significant reduction of the computation times.

Discontinuous Galerkin methods for the one-dimensional Vlasov-Poisson system

We construct a new family of semi-discrete numerical schemes for the approximation of the one-dimensional periodic Vlasov-Poisson system. The methods are based on the coupling of discontinuous Galerkin approximation to the Vlasov equation and several finite element (conforming, non-conforming and mixed) approximations for the Poisson problem. We show optimal error estimates for the all proposed methods in the case of smooth compactly supported initial data. The issue of energy conservation is also analyzed for some of the methods.

El naturalismo científico en la obra de John Tyndall: Fragments of science

El análisis de los ensayos de John Tyndall, Fragments of Science, permite identificar la teoría atómica, el principio de conservación de la energía y el evolucionismo darwinista como los elementos constitutivos del andamiaje teórico del naturalismo científico. Así, en su ensayo “On the Study of Physics” se resumen sus brillantes facetas como educador y divulgador científico, desarrolladas fundamentalmente en el seno de la Royal Institution. En la lectura “On Force”, Tyndall da por finalizada la controversia Joule- Mayer sobre la primacía del descubrimiento del principio de conservación de la energía, a la vez que plantea algunas de las claves de la lucha por el liderazgo en el seno de la comunidad científica. El discurso presidencial ante la British Association de 1874 en Belfast ejemplifica el coraje de Tyndall en su empeño por demarcar los territorios de la ciencia y la religión, a la luz de los nuevos desafíos científicos. En el trasfondo subyacen los procesos de secularización de la sociedad y de profesionalización de una comunidad científica heterogénea. El compromiso cívico que Tyndall demuestra en “The Belfast Address” es digno corolario de una vida y obra que permite situarlo como paradigma de lo que, en la terminología de Turner, se ha dado en denominar científico público.

Control ambiental de zonas de trabajo

Este proyecto viene motivado por la necesidad de reducir el gasto de mantenimiento producido por el aumento del precio de la energía, la necesidad de uso de dispositivos electrónicos (sistemas de climatización, iluminación...), las deficiencias de construcción (aislamientos, ventanales...), el ineficiente uso de las persianas y sistemas de ciere, y el innecesario uso de de la iluminación artificial.

Projecte de reforma d’un habitatge unifamiliar entre mitgeres i adequació de les instal•lacions al Codi Tècnic de l’Edificació

Remodelació d’un habitatge unifamiliar de dos plantes entre mitgeres a Campdevànol amb l’adequació de les instal•lacions al Codi Tècnic de d’Edificació (CTE). L’estudi incideix especialment en l’estalvi energètic i la millora de l’eficiència energètica

Disseny d’un habitatge sostenible

Aquest projecte pretén dissenyar un habitatge sostenible, escollint les tècniques més òptimes del mercat per adequar-les a la realització del projecte. Es vol fer una comparativa entre les diferents línies de materials, energètiques i d’aigües per tal de poder veure quines d’aquestes són les més idònies. Per determinar aquestes tècniques es faran uns anàlisis de mercat per tal de poder arribar a treure unes conclusions i posteriorment executar-les. També es pretén desviar la construcció convencional, un canvi necessari per la societat, per tal de evolucionar cap a la construcció sostenible que es busca en aquest projecte. La intenció es establir uns criteris per assolir aquests objectius. Es vol intentar no dependre tant dels recursos no renovables per no danyar el medi ambient i fer-ho d’una manera més respectuosa. Amb aquestes instal•lacions de sistemes energètics i d’aigües es busca millorar la manera de reduir els consums de xarxes dependents d’energies no renovables i arribar a generar l’energia necessària pel consum humà

Projecte d'energia solar en la indústria càrnica : anàlisi energètic, econòmic i ambiental

Aquest projecte es basa en l’aprofitament de l’energia solar per a produir ACS en diferents processos industrials d’un escorxador mitjançant una instal·lació solar tèrmica. L’objectiu és cobrir el màxim de necessitats energètiques d’aigua calenta en els processos d’escaldat, rentat de les canals i neteja d’equips i instal·lacions. Com en totes les instal·lacions solars, es fa necessària la presència d’una instal·lació de recolzament, ja que la instal·lació solar no ens satisfà el total de necessitats de producció. En aquest projecte s’ha dut a terme un ampli estudi energètic en el qual s’han estudiat dos tipus de captadors solars: el pla i el de tubs de buit. S’han tingut en compte paràmetres com el rendiment del captador, la inclinació i la superfície captadora per tal d’obtenir un determinat percentatge de cobertura solar

Projecte d'una indústria càrnia elaboradora d'embotits cuits seguint criteris d'eficiència energètica, situada al polígon industrial del Terme Municipal de Riudellots de la Selva, província de Girona

Disseny i posada en marxa d’una indústria càrnia elaboradora d’embotits cuits on es segueixen criteris d’eficiència energètica en tot el procés. La indústria s’ubicarà al polígon industrial Girona, sector Ponent, del terme municipal de Riudellots de la Selva a la comarca de la Selva, en una propietat del promotor, dotada amb bones comunicacions per carretera, ferrocarril i avió, i a més es trova situada a prop de nuclis urbans importants com Girona i Barcelona. Per tant, per la seva localització i les bones infraestructures existents podem assegurar que tindrà un bon accés per la recepció de les matèries primeres i per la distribució dels productes acabats. Es dissenyen les instal•lacions de la indústria per garantir una capacitat productiva de 1.000 tones de producte acabat a l’any. La comercialització dels seus productes es preveu que sigui bàsicament a nivell de la província de Girona, abraçant una quota de mercat del sector carni en aquesta zona d’un 10%, i podent ampliar el seu mercat objectiu en un futur a d’altres províncies o a l’estranger si fos viable. Del volum anual de producció, es decideix que el 45% de la producció vagi destinada a envasos llescats, ja que la venda d’un producte llescat fa que el consumidor final compri l’estrictament necessari, per tant aquest fet assegura que elmercat sigui més estable. El 55% restant es destina a la presentació a l’engròs, per poder servir el producte a carnisseries o al sector restauració

Gestió energètica d’un habitatge unifamiliar i automatització de les instal•lacions de climatització, il•luminació i reg mitjançant el sistema KNX

La realització del projecte per a la gestió energètica d’un habitatge mitjançant KNX, téper objectiu principal l’ automatització i control de les instal•lacions per tal d’assolir elmàxim confort amb la mínima despesa energètica.La domòtica, ens permet integrar en un sol sistema de control el global de lesinstal•lacions de l’edifici, de forma que amb un sol protocol tenim el control total del’habitatge.La tecnologia domòtica KNX serà la utilitzada per tal d’assolir l’objectiu del projecte, jaque es tracta d’un sistema amb més de vint anys experiència en la gestió d’edificis i dela qual formen part més de dos-cents fabricants, fet que afavoreix trobar la soluciómés indicada segons les necessitats.El projecte constarà de les programacions necessàries per tal d’aconseguir el control imàxim rendiment de les instal•lacions de climatització, il•luminació, cortines, persianes,sistema de reg, ventilació i funcions de seguretat, totes elles mitjançant KNX