862 resultados para Energy use
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Problèmes d'approvisionnement et de consommation d'énergie, de démographie et d’urbanisation, la conservation du patrimoine bâti se trouve, en ce début de 21e siècle, face à de nombreux défis. Cela d'autant plus que la façon de percevoir le patrimoine bâti a considérablement évolué depuis le début du 20e siècle (chapitre 1) changeant ainsi les raisons qui mènent à l'appropriation d'un bâtiment patrimonial. Face à l'importance accordée aujourd'hui à l'énergie en général et plus particulièrement à celle consommée par les bâtiments (chapitre 2), comment les enjeux liés à la conservation patrimoniale et ceux liés à l'énergie - via son utilisation et sa production - se confrontent-ils ? Si selon les principes du développement durable (chapitre 3) la conservation du patrimoine bâti associée à une gestion efficace de ses besoins énergétiques semble apparaître comme une évidence, qu’en est-il dans la pratique ? Comment les professionnels du patrimoine bâti intègrent-ils les aspects de l'énergie consommée par les bâtiments ? Comment envisagent-ils l'installation et l'utilisation d'énergies renouvelables dans les bâtiments patrimoniaux ? Afin de trouver des réponses issues de la réalité de la pratique patrimoniale québécoise, ce mémoire - en se limitant à des professionnels avec une formation d'architecte (chapitre 4) - cherche à évaluer, d'une part, dans quelle mesure les chartes et lois appliquées au Québec considèrent les questions énergétiques (chapitre 5) et, d'autre part, à définir l'état d'esprit avec lequel les professionnels de la conservation du patrimoine bâti au Québec approchent, dans leur pratique, les questions liées à l'énergie consommée ainsi que l'utilisation d'énergies renouvelables (chapitre 6).
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Seit gut zehn Jahren erlebt die Windenergienutzung in Deutschland einen in der Mitte der 80er Jahre nicht für möglich gehaltenen Aufschwung. Anlagenanzahl und installierte Leistung haben in diesem Zeitraum mit durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten von mehr als 30 Prozent zugenommen, die mittlere installierte Leistung pro neu errichteter Anlage stieg dabei um das Zehnfache und die technische Verfügbarkeit der Anlagen liegt mittlerweile bei über 98 Prozent. Mit größer werdenden Anlagen zeigt sich weiterhin ein klarer Trend zu Blattwinkel verstellbaren Konzepten, mit zunehmend drehzahlvariabler Betriebsweise. Vor dem von Vielen für die kommenden drei bis sechs Jahre prognostizierten Einstieg in die großtechnische Offshore- Windenergienutzung mit den damit verbundenen immensen technologischen und strukturellen Herausforderungen erscheint es sinnvoll, einen kritischen Blick zurückzuwerfen auf die 90er Jahre mit den ihnen zugrunde liegenden förderpolitischen Rahmenbedingungen. Dabei soll die Frage beantwortet werden, welchen konkreten Einfluss die staatlichen Forschungs- und Förderprogramme, besonders das "250 MW Wind"-Programm, auf die Entwicklung der Windenergienutzung hatten, das heißt, unter welchen Bedingungen sich bestimmte Techniklinien durchsetzten, wie der Einfluss eines geschützten Marktes durch gesetzlich garantierte Einspeisetarife auf diese Entwicklung zu bewerten ist und schließlich, welche Fehlentwicklungen möglicher Weise eingetreten sind. Dazu wird mit Hilfe von Lernkurven gezeigt, welche Kostenreduktionen insgesamt erzielt wurden, wie hoch die dazu notwendigen staatlichen Finanzmittel waren und welche Schlussfolgerungen daraus für die Zukunft abgeleitet werden können. Die Arbeit soll insgesamt dazu beitragen, die erreichten technischen Entwicklungsschritte vor dem Hintergrund der förderpolitischen Gegebenheiten besser zu verstehen, Chancen für gezielte Änderungen in der Förderpraxis zu ergreifen und Hinweise auf die Ausgestaltung von zukünftigen Forschungsprogrammen und Entwicklungsschwerpunkten im Bereich der Windenergie zu geben, um weitere Kostensenkungspotenziale auszuschöpfen. Dabei wird sich die zukünftige Schwerpunktsetzung in der programmatischen Ausrichtung der Forschung stärker auf die drei wichtigsten Anwendungsfelder für Windenergieanlagen konzentrieren müssen, die großtechnische Offshore- Anwendung, die netzgebundene, dezentrale Energieversorgung sowie auf Windenergieanlagen zur ländlichen Elektrifizierung in autonomen Versorgungssystemen für Schwellen- und Entwicklungsländer.
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Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.
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Even minor changes in user activity can bring about significant energy savings within built space. Many building performance assessment methods have been developed, however these often disregard the impact of user behavior (i.e. the social, cultural and organizational aspects of the building). Building users currently have limited means of determining how sustainable they are, in context of the specific building structure and/or when compared to other users performing similar activities, it is therefore easy for users to dismiss their energy use. To support sustainability, buildings must be able to monitor energy use, identify areas of potential change in the context of user activity and provide contextually relevant information to facilitate persuasion management. If the building is able to provide users with detailed information about how specific user activity that is wasteful, this should provide considerable motivation to implement positive change. This paper proposes using a dynamic and temporal semantic model, to populate information within a model of persuasion, to manage user change. By semantically mapping a building, and linking this to persuasion management we suggest that: i) building energy use can be monitored and analyzed over time; ii) persuasive management can be facilitated to move user activity towards sustainability.
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Domestic gardens provide a significant component of urban green infrastructure but their relative contribution to eco-system service provision remains largely un-quantified. ‘Green infrastructure’ itself is often ill-defined, posing problems for planners to ascertain what types of green infrastructure provide greatest benefit and under what circumstances. Within this context the relative merits of gardens are unclear; however, at a time of greater urbanization where private gardens are increasingly seen as a ‘luxury’, it is important to define their role precisely. Hence, the nature of this review is to interpret existing information pertaining to gardens /gardening per se, identify where they may have a unique role to play and to highlight where further research is warranted. The review suggests that there are significant differences in both form and management of domestic gardens which radically influence the benefits. Nevertheless, gardens can play a strong role in improving the environmental impact of the domestic curtilage, e.g. by insulating houses against temperature extremes they can reduce domestic energy use. Gardens also improve localized air cooling, help mitigate flooding and provide a haven for wildlife. Less favourable aspects include contributions of gardens and gardening to greenhouse gas emissions, misuse of fertilizers and pesticides, and introduction of alien plant species. Due to the close proximity to the home and hence accessibility for many, possibly the greatest benefit of the domestic garden is on human health and well-being, but further work is required to define this clearly within the wider context of green infrastructure.
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Nowadays utilising the proper HVAC system is essential both in extreme weather conditions and dense buildings design. Hydraulic loops are the most common parts in all air conditioning systems. This article aims to investigate the performance of different hydraulic loop arrangements in variable flow systems. Technical, economic and environmental assessments have been considered in this process. A dynamic system simulation is generated to evaluate the system performance and an economic evaluation is conducted by whole life cost assessment. Moreover, environmental impacts have been studied by considering the whole life energy consumption, CO2 emission, the embodied energy and embodied CO2 of the system components. Finally, decision-making in choosing the most suitable hydraulic system among five well-known alternatives has been proposed.
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This paper analyses the trends of the changing environmental effects within growing megacities as their diameters exceed 50–100 km and their populations rise beyond 30 million people. The authors consider how these effects are influenced by climate change, to which urban areas themselves contribute, caused by their increasing greenhouse gas emissions associated with rapidly expanding energy use. Other environmental and social factors are assessed, quantitatively and qualitatively, using detailed modelling of urban mesoscale meteorology, which shows how these factors can lead to large conurbations becoming more vulnerable to climatic and environmental hazards. The paper discusses the likely changes in meteorological and hydrological hazards in urban areas, both as the climate changes and the sizes of urban areas grow. Examples are given of how these risks are being reduced through innovations in warning and response systems, planning and infrastructure design, which should include refuges against extreme natural disasters. Policies are shown to be more effective when they are integrated and based on substantial community involvement. Some conclusions are drawn regarding how policies for the natural and artificial environment and for reducing many kinds of climate and hazard risk are related to future designs and planning of infrastructure and open spaces.
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The built environment in China is required to achieve a 50% reduction in carbon emissions by 2020 against the 1980 design standard. A particular challenge is how to maintain acceptable comfort conditions through the hot humid summers and cold desiccating winters of its continental climate regions. Fully air-conditioned sealed envelopes, often fully glazed, are becoming increasingly common in these regions. Remedial strategies involve technical refinements to the air-handling equipment and a contribution from renewable energy sources in an attempt to achieve the prescribed net reduction in energy use. However an alternative hybrid environmental design strategy is developed in this research project. It exploits observed temperate periods of weeks, days, even hours in duration to free-run an office and exhibition building configured to promote natural stack ventilation when ambient conditions permit and mechanical ventilation when conditions require it, the two modes delivered through the same physical infrastructure. The proposal is modelled in proprietary software and the methodology adopted is described. The challenge is compounded by its first practical application to an existing reinforced concrete frame originally designed to receive a highly glazed envelope. This original scheme is reviewed in comparison. Furthermore the practical delivery of the proposal value engineered out a proportion of the ventilation stacks. The likely consequence of this for the environmental performance of the building is investigated through a sensitivity study.
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Extreme weather events, including heatwaves, are predicted to increase in both frequency and severity over the coming decades. Low house building rates and a growing population mean there is a need to adapt existing dwellings. Research presented here uses dynamic thermal simulation to model the effect of passive heatwave mitigating interventions for UK dwellings. Interventions include a range of additions and modifications to solar shading, insulation and ventilation. Results are presented for typical end and mid terrace houses, with four orientations, two occupancy profiles and using weather data from the 2003 heatwave. Results show the effectiveness of interventions that reduce solar gains through the building fabric, such as external wall insulation and solar reflective coatings. Internal wall insulation is shown to be less effective and can increase the overheating problem in some cases. Control of solar gains through glazing, using shutters and fixed shading, are also effective, particularly for south, east and west-facing rooms. Results are also presented which demonstrate how it is possible to select combinations of interventions that both eliminate overheating and reduce space heating energy use. The cost of interventions is also considered in the final analysis.
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This paper provides a comparative study of the performance of cross-flow and counter-flow M-cycle heat exchangers for dew point cooling. It is recognised that evaporative cooling systems offer a low energy alternative to conventional air conditioning units. Recently emerged dew point cooling, as the renovated evaporative cooling configuration, is claimed to have much higher cooling output over the conventional evaporative modes owing to use of the M-cycle heat exchangers. Cross-flow and counter-flow heat exchangers, as the available structures for M-cycle dew point cooling processing, were theoretically and experimentally investigated to identify the difference in cooling effectiveness of both under the parallel structural/operational conditions, optimise the geometrical sizes of the exchangers and suggest their favourite operational conditions. Through development of a dedicated computer model and case-by-case experimental testing and validation, a parametric study of the cooling performance of the counter-flow and cross-flow heat exchangers was carried out. The results showed the counter-flow exchanger offered greater (around 20% higher) cooling capacity, as well as greater (15%–23% higher) dew-point and wet-bulb effectiveness when equal in physical size and under the same operating conditions. The cross-flow system, however, had a greater (10% higher) Energy Efficiency (COP). As the increased cooling effectiveness will lead to reduced air volume flow rate, smaller system size and lower cost, whilst the size and cost are the inherent barriers for use of dew point cooling as the alternation of the conventional cooling systems, the counter-flow system is considered to offer practical advantages over the cross-flow system that would aid the uptake of this low energy cooling alternative. In line with increased global demand for energy in cooling of building, largely by economic booming of emerging developing nations and recognised global warming, the research results will be of significant importance in terms of promoting deployment of the low energy dew point cooling system, helping reduction of energy use in cooling of buildings and cut of the associated carbon emission.
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Collectively small and medium sized enterprises (SMEs) are significant energy users although many are unregulated by existing policies due to their low carbon emissions. Carbon reduction is often not a priority but smart grids may create a new opportunity. A smart grid will give electricity suppliers a picture of real-time energy flows and the opportunity for consumers to receive financial incentives for engaging in demand side management. As well as creating incentives for local carbon reduction, engaging SMEs with smart grids has potential for contributing to wider grid decarbonisation. Modelling of buildings, business activities and technology solutions is needed to identify opportunities for carbon reduction. The diversity of the SME sector complicates strategy development. SMEs are active in almost every business area and occupy the full range of property types. This paper reviews previous modelling work, exposing valuable data on floor space and energy consumption associated with different business activities. Limitations are seen with the age of this data and an inability to distinguish SME energy use. By modelling SME energy use, electrical loads are identified which could be shifted on demand, in a smart network. Initial analysis of consumption, not constrained by existing policies, identifies heating and cooling in retail and commercial offices as having potential for demand response. Hot water in hotel and catering and retail sectors may also be significant because of the energy storage potential. Areas to consider for energy efficiency schemes are also indicated.
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How people live, work, move from place to place, consume and the technologies they use all affect heat emissions in a city which influences urban weather and climate. Here we document changes to a global anthropogenic heat flux (QF) model to enhance its spatial (30′′ × 30′′ to 0.5° × 0.5°) resolution and temporal coverage (historical, current and future). QF is estimated across Europe (1995–2015), considering changes in temperature, population and energy use. While on average QF is small (of the order 1.9–4.6 W m−2 across all the urban areas of Europe), significant spatial variability is documented (maximum 185 W m−2). Changes in energy consumption due to changes in climate are predicted to cause a 13% (11%) increase in QF on summer (winter) weekdays. The largest impact results from changes in temperature conditions which influences building energy use; for winter, with the coldest February on record, the mean flux for urban areas of Europe is 4.56 W m−2 and for summer (warmest July on record) is 2.23 W m−2. Detailed results from London highlight the spatial resolution used to model the QF is critical and must be appropriate for the application at hand, whether scientific understanding or decision making.
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Cities and global climate change are closely linked: cities are where the bulk of greenhouse gas emissions take place through the consumption of fossil fuels; they are where an increasing proportion of the world’s people live; and they also generate their own climate – commonly characterized by the urban heat island. In this way, understanding the way cities affect the cycling of energy, water, and carbon to create an urban climate is a key element of climate mitigation and adaptation strategies, especially in the context of rising global temperatures and deteriorating air quality in many cities. As climate models resolve finer spatial-scales, they will need to represent those areas in which more than 50% of the world’s population already live to provide climate projections that are of greater use to planning and decision-making. Finally, many of the processes that are instrumental in determining urban climate are the same factors leading to global anthropogenic climate change, namely regional-scale land-use changes; increased energy use; and increased emissions of climatically-relevant atmospheric constituents. Cities are therefore both a case study for understanding, and an agent in mitigating, anthropogenic climate change. This chapter reviews and summarizes the current state of understanding of the physical basis of urban climates, as well as our ability to represent these in models. We argue that addressing the challenges of managing urban environments in a changing climate requires understanding the energy, water, and carbon balances for an urban landscape and, importantly, their interactions and feedbacks, together with their links to human behaviour and controls. We conclude with some suggestions for where further research is needed.
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Data on electricity consumption patterns relating to different end uses in domestic houses in Botswana is virtually non-existent, despite the fact that the total electricity consumption patterns are available. This can be attributed to the lack of measured and quantified data and in other instances the lack of modern technology to perform such investigations. This paper presents findings from initial studies that are envisaged to bridge the gap. Electricity consumption patterns of 275 domestic households in Gaborone (the capital city of Botswana) have been studied. This was carried out through a questionnaire survey and electricity measurements. Households were categorized based on the number of people occupying the house. From the study, it was evident that the number of people influences the amount of energy a household use although this cannot be treated as an independent factor when assessing energy use. The study also indicated that heating, cooling and domestic hot water (DHW) account for over 30% of energy used in the home. This is worth considering in energy consumption reduction measures. Due to a small sample size, it would not be wise to draw sweeping conclusions from the analysis of this paper or to make statements that would be aimed at influencing policies. However, the results presented forms a formidable base for further research, which is currently on going.
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Countless cities are rapidly developing across the globe, pressing the need for clear urban planning and design recommendations geared towards sustainability. This article examines the intersections of Jane Jacobs’ four conditions for diversity with low-carbon and low-energy use urban systems in four cities around the world: Lyon (France), Chicago (United-States), Kolkata (India), and Singapore (Singapore). After reviewing Jacobs’ four conditions for diversity, we introduce the four cities and describe their historical development context. We then present a framework to study the cities along three dimensions: population and density, infrastructure development/use, and climate and landscape. These cities differ in many respects and their analysis is instructive for many other cities around the globe. Jacobs’ conditions are present in all of them, manifested in different ways and to varying degrees. Overall we find that the adoption of Jacobs' conditions seems to align well with concepts of low-carbon urban systems, with their focus on walkability, transit-oriented design, and more efficient land use (i.e., smaller unit sizes). Transportation sector emissions seems to demonstrate a stronger influence from the presence of Jacobs' conditions, while the link was less pronounced in the building sector. Kolkata, a low-income, developing world city, seems to possess many of Jacobs' conditions, while exhibiting low per capita emissions - maintaining both of these during its economic expansion will take careful consideration. Greenhouse gas mitigation, however, is inherently an in situ problem and the first task must therefore be to gain local knowledge of an area before developing strategies to lower its carbon footprint.