Screening of lipases for the synthesis of xylitol monoesters by chemoenzymatic esterification and the potential of microwave and ultrasound irradiations to enhance the reaction rate

Lipases from different sources, Pseudomonas fluorescens (AK lipase), Burkholderia cepacia (PS lipase), Penicillium camembertii (lipase G) and Porcine pancreas lipase (PPL), previously immobilized on epoxy SiO(2)-PVA, were screened for the synthesis of xylitol monoesters by esterification of the protected xylitol using oleic acid as acyl donor group. Among all immobilized derivatives, the highest esterification yield was achieved by P. camembertii lipase, showing to be attractive alternative to bulk chemical routes to satisfy increasing commercial demands. Further experiments were performed to determine the influence of fatty acids chain size on the reaction yield and the feasibility of using non-conventional heating systems (microwave and ultrasound irradiations) to enhance the reaction rate. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Assessment of energy efficiency in electric storage water heaters

Nowadays there are several ways of supplying hot water for showers in residential buildings. One of them is the use of electric storage water heaters (boilers). This equipment raises the water temperature in a reservoir (tank) using the heat generated by an electric resistance. The behavior of this equipment in Brazil is still a research object and there is not a standard in the country to regulate its efficiency. In this context, an experimental program was conducted aiming to collect power consumption data to evaluate its performance. The boilers underwent an operation cycle to simulate a usage condition aiming to collect parameters for calculating the efficiency. This 1-day cycle was composed of the following phases: hot water withdrawal, reheating and standby heat loss. The methods allowed the identification of different parameters concerning the boilers work, such as: standby heat loss in 24 h, hot water withdrawal rate, reheating time and energy efficiency. The average energy efficiency obtained was of 75%. The lowest efficiency was of 62% for boiler 2 and the highest was of 85% for boiler 9. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Projecto de AVAC de um edifício com multiutilização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

How to reduce energy consumption on pultrusion

The global warming due to high CO2 emission in the last years has made energy saving a global problem nowadays. However, manufacturing processes such as pultrusion necessarily needs heat for curing the resin. Then, the only option available is to apply all efforts to make the process even more efficient. Different heating systems have been used on pultrusion, however, the most widely used are the planar resistances. The main objective of this study is to develop another heating system and compares it with the former one. Thermography was used in spite of define the temperature profile along the die. FEA (finite element analysis) allows to understand how many energy is spend with the initial heating system. After this first approach, changes were done on the die in order to test the new heating system and to check possible quality problems on the product. Thus, this work allows to conclude that with the new heating system a significant reduction in the setup time is now possible and an energy reduction of about 57% was achieved.

Dynamic load management in a smart home to participate in demand response events

In future power systems, in the smart grid and microgrids operation paradigms, consumers can be seen as an energy resource with decentralized and autonomous decisions in the energy management. It is expected that each consumer will manage not only the loads, but also small generation units, heating systems, storage systems, and electric vehicles. Each consumer can participate in different demand response events promoted by system operators or aggregation entities. This paper proposes an innovative method to manage the appliances on a house during a demand response event. The main contribution of this work is to include time constraints in resources management, and the context evaluation in order to ensure the required comfort levels. The dynamic resources management methodology allows a better resources’ management in a demand response event, mainly the ones of long duration, by changing the priorities of loads during the event. A case study with two scenarios is presented considering a demand response with 30 min duration, and another with 240 min (4 h). In both simulations, the demand response event proposes the power consumption reduction during the event. A total of 18 loads are used, including real and virtual ones, controlled by the presented house management system.

Gestão da manutenção e o novo paradigma de manuseamento de gases fluorados com efeito de estufa

As alterações climáticas são atualmente reconhecidas como uma das mais relevantes ameaças ambientais, sociais e económicas. A resposta a este problema tem-se traduzido na aplicação de um conjunto de legislação e práticas, com o objetivo de promover uma redução significativa das emissões de gases com efeito de estufa. Entre outros, os gases fluorados são dos mais relevantes gases com efeito de estufa, conforme identificados no Protocolo de Quioto. No enquadramento legal em vigor a certificação de técnicos e empresas, assim como certificação de ferramentas para o manuseamento de gases fluorados, sofreu, desde 2011, uma profunda alteração, com impacto nos procedimentos de manutenção existentes até essa data, na atividade de empresas prestadoras de serviços de manutenção e na atuação dos proprietários de edifícios civis e industriais com equipamentos que contêm gases fluorados. Esta tese tem como objetivo evidenciar as ações que as empresas prestadores de serviços necessitam executar para a sua certificação, assim como informar os proprietários de edifícios civis ou industriais, sobre as diferentes vertentes que têm à sua disposição, em termos de gestão da manutenção, de forma a garantir o cumprimento da legislação em vigor nas suas instalações e a gestão de ativos físicos que contêm gases fluorados, tais como equipamentos e instalações de aquecimento, ventilação, ar condicionado e refrigeração. Foi efetuada uma pesquisa aprofundada sobre os requisitos legais e técnicos necessários para a cerificação das empresas que atuam neste sector. Um caso de estudo foi realizado e os resultados apresentados sobre todo o processo de certificação de uma empresa do setor do ar condicionado e refrigeração, para poder prestar serviços em equipamentos ou sistemas que contenham gases fluorados com efeito de estufa.

Development of foam one-part geopolymers with enhanced thermal insulation performance and low carbon dioxide emissions

Buildings are responsible for more than 40% of the energy consumption and greenhouse gas emissions. Thus, increasing building energy efficiency is one the most cost-effective ways to reduce emissions. The use of thermal insulation materials could constitute the most effective way of reducing heat losses in buildings by minimising heat energy needs. These materials have a thermal conductivity factor, k (W/m.K) lower than 0.065 while other insulation materials such as aerated concrete can go up to 0.11. Current insulation materials are associated with negative impacts in terms of toxicity. Polystyrene, for example contains anti-oxidant additives and ignition retardants. In addition, its production involves the generation of benzene and chlorofluorocarbons. Polyurethane is obtained from isocyanates, which are widely known for their tragic association with the Bhopal disaster. Besides current insulation materials releases toxic fumes when subjected to fire. This paper presents experimental results on one-part geopolymers. It also includes global warming potential assessment and cost analysis. The results show that only the use of aluminium powder allows the production mixtures with a high compressive strength however its high cost means they are commercially useless when facing the competition of commercial cellular concrete. The results also show that one-part geopolymer mixtures based on 26%OPC +58.3%FA +8%CS +7.7%CH and 3.5% hydrogen peroxide constitute a promising cost efficient (67 euro/m3), thermal insulation solution for floor heating systems with low global warming potential of 443 KgCO2eq/m3.

Contribution of portuguese vernacular building strategies to indoor thermal comfort and occupants’ perception

Solar passive strategies that have been developed in vernacular architecture from different regions are a response to specific climate effects. These strategies are usually simple, low-tech and have low potential environmental impact. For this reason, several studies highlight them as having potential to reduce the demands of non-renewable energy for buildings operation. In this paper, the climatic contrast between northern and southern parts of mainland Portugal is presented, namely the regions of Beira Alta and Alentejo. Additionally, it discusses the contribution of different climate-responsive strategies developed in vernacular architecture from both regions to assure thermal comfort conditions. In Beira Alta, the use of glazed balconies as a strategy to capture solar gains is usual, while in Alentejo the focus is on passive cooling strategies. To understand the effectiveness of these strategies, thermal performances and comfort conditions of two case studies were evaluated based on the adaptive comfort model. Field tests included measurement of hygrothermal parameters and surveys on occupants’ thermal sensation. From the results, it has been found that the case studies have shown a good thermal performance by passive means alone and that the occupants feel comfortable, except during winter where there is the need to use simple heating systems.

The appraisal of anaerobic digestion in Ireland to develop improved designs and operational practice

Mesophilic Anaerobic Digestion treating sewage sludge was investigated at five full-scale sewage treatment plants in Ireland. The anaerobic digestion plants are compared and evaluated in terms of design, equipment, operation, monitoring and management. All digesters are cylindrical, gas mixed and heated Continuously Stirred Tank Reactors (CSTR), varying in size from 130m3 to 800m3. Heat exchanger systems heat all digesters. Three plants reported difficulties with the heating systems ranging from blockages to insufficient insulation and design. Exchangers were modified and replaced within one year of operation at two plants. All but one plant had Combined Heat and Power (CHP) systems installed. Parameter monitoring is a problem at all plants mainly due to a lack of staff and knowledge. The plant operators consider pH and temperature the most important parameters to be measured in terms of successful monitoring of an anaerobic digester. The short time taken and the ease at which pH and temperature can be measured may favour these parameters. Three laboratory scale pilot anaerobic digesters were operated using a variety of feeds over at 144-day period. Two of the pilots were unmixed and the third was mechanically mixed. As expected the unmixed reactors removed more COD by retention of solids in the digesters but also produced greater quantities of biogas than the mixed digester, especially when low solids feed such as whey was used. The mixed digester broke down more solids due to the superior contact between the substrate and the biomass. All three reactors showed good performance results for whey and sewage solids. Scum formation occurred giving operational problems for mixed and unmixed reactors when cattle slurry was used as the main feed source. The pilot test was also used to investigate which parameters were the best indicators of process instability. These trials clearly indicated that total Volatile Fatty Acid (VFA) concentrations was the best parameter to show signs of early process imbalance, while methane composition in the biogas was good to indicate possible nutrient deficiencies in the feed and oxygen shocks. pH was found to be a good process parameter only if the wastewater being treated produced low bicarbonate alkalinities during treatment.

Fish oil replacement by soybean oil in the diet of fat snook juveniles

The objective of this work was to evaluate fish oil replacement by soybean oil in diets, as for the effects on the performance and body composition of juveniles of fat snook (Centropomus parallelus). The experiment was carried out in a randomized block design, with three treatments (lipid sources) and six replicates, in a 60-day period. Fat snook juveniles (24.17±0.28g) were distributed in 18 experimental tanks of 200 L each, equipped with aeration and heating systems, under continuous water renovation (800% per day). Three isoproteic (44% CP) and isoenergetic (4,635 kcal CE kg-1) diets were formulated to comprise three replacement rates (0, 50, and 100%) of fish oil by soybean oil. Biometric analyses were done to evaluate fish performance, and two entire specimens from each replicate were used for body composition analyses. The zootechnical indices of weight gain (38.68±5.41 g), feed conversion (1.38±0.10), and specific growth at 1.70±0.18% weight gain per day were considered satisfactory. Lipid source substitution does not affect the performance and body composition of fat snook juveniles, which suggests that soybean oil can replace fish oil in diet formulation.

Excess winter deaths caused by cardiovascular diseases are associated with both mild winter temperature and socio-economic inequalities in the U.S.

Mortality from cardiovascular diseases (CVD) exhibits seasonal variation. For example, 30% more deaths occurred in winter compared to summer in a multicountry study [1]. The effect of cold temperature on several CVD risk factors and on seasonal influenza infection may partially underlie this seasonal variation [2] and [3]. However an unexplained paradox has been observed: seasonality in CVD mortality is larger in temperate mid-latitude countries (e.g. Portugal) than in colder northern countries (e.g. Scandinavian countries) [1]. This paradox has also been previously observed in Europe for overall mortality, and it may relate to uneven proportions between countries of people who are unable to adequately protect themselves against cold due to low socio-economic status (SES), e.g. inadequate clothing, housing insulation and heating systems [4] and [5]. We hypothesized that the seasonal variability in CVD mortality is larger in low socio-economic U.S. states experiencing mild winters compared to high socio-economic states experiencing cold winters.

Pientalon teknisen tilan tuotteistus

Diplomityön tavoitteena on selvittää asiakkaiden toiveita ja arvostuksia, joiden avulla voidaan rakentaa silta teknisiin ominaisuuksiin ja niiden variointiin. Rinnakkaisena työnä lähinnä teknisestä näkökulmasta teki Lauri Manninen omaa tutkimustyötä. Tässä raportissa on teknisiä ominaisuuksia käsiteltäessä lainattu Mannisen työtä. Pientaloa suunniteltaessa on valittava mm. lämmitysjärjestelmä ja talotekniikan taso. Suomessa pientaloihin on tarjolla useita lämmitysjärjestelmävaihtoehtoja. Tunnetuimpia päälämmönlähteitä ovat maa, puu, pelletti, öljy, kaasu, sähkö ja kaukolämpö. Lämmitysjärjestelmän lisäksi teknisiin tiloihin sijoitetaan muuta talotekniikkaa. Tässä diplomityössä tarkastellaan eri lämmitysjärjestelmien nykytilannetta sekä mahdollisuuksien mukaan tulevaisuuden näkymiä. Työssä on käytetty lähdeaineistona kirjallisuutta, www-sivuja sekä haastatteluja. Työhön on haastateltu yksityisasiakkaita. Lämmitysjärjestelmien nykytilanteen ja tulevaisuuden näkymien sekä haastatteluissa esiin tulleiden asioiden avulla on pyritty kehittämään talotekniikkamarkkinoille uusia tuote- ja palvelukonsepteja. Diplomityössä on käsitelty lämmitysjärjestelmiä sekä talotekniikkaa markkinatilanteen ja asiakkaiden näkökulmasta. Tuloksena työssä esitetään alustava tuotteistussuunnitelma ja ideoita teknisen tilan kokonaispalvelun tuotteistamiseen.

Kestävän kehityksen näkökulmien huomioiminen kunnan energiaratkaisussa

Diplomityön tavoitteena on tuottaa informaatiota kunnalliseen päätöksentekoon, jonka avulla kestävän kehityksen näkökulmia voidaan huomioida kunnan energiaratkaisusta päätettäessä. Yhtenä työn lähtökohtana on ollut myös uusi EU-direktiivi, jonka mukaan ympäristönäkökohtia voidaan huomioida julkisten hankintojen tarjouspyyntömenettelyssä valintaperusteena. Tarkastelun kohteena oli kokoluokaltaan 0,5–3 MW:n aluelämpölaitokset sekä polttoaineiden tuotantoketjut. Työssä vertailtavat polttoaineet olivat metsähake, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja turve. Diplomityössä on perehdytty kestävän kehityksen käsitteeseen ja muodostettu sen mukaan ekologiselle, sosiaaliselle ja taloudelliselle näkökulmalle kunnallisen energiaratkaisun indikaattoreita. Empiirisessä osassa käsitellään kestävän kehityksen näkökulmien muodostumista Enon energiaosuuskunnan toimintaan perustuen. Käytettävät kestävän kehityksen näkökulmien mukaiset indikaattorit ovat polttoaineen tuotannosta ja käytöstä aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt, polttoaineen tuotannon työllisyysvaikutukset sekä energian hinnan muodostuminen osuuskunnan asiakkaille. Tässä diplomityössä tarkastelluilla kestävän kehityksen indikaattoreilla mitattuna, metsähakkeen käytöllä energiantuotannossa on positiivinen vaikutus niin kunnan kasvihuonekaasutaseessa, työllisyystilanteessa sekä myös enemmän kuluttajaystävällinen asema, lämmön hinnan vakauden ansiosta, kuin muilla työssä käsiteltävillä polttoaineilla. Polttoaineen tuotantoketjun osalta metsähakkeelle saatiin tuotannon ja käytön aiheuttamaksi kasvihuonekaasupäästöksi 2,9–4,2 g CO2-ekv/MJ. Tulos perustuu Enon energiaosuuskunnan polttoaineen hankinnassa käytössä oleviin keskimääräisiin etäisyyksiin metsäkuljetuksessa (250 m) ja kaukokuljetuksessa (15 km). Tuotannon ja käytön aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt olivat raskaalla polttoöljyllä 88,2 g CO2-ekv/MJ, kevyellä polttoöljyllä 85,0 g CO2-ekv/MJ ja turpeella 104,0–108,1 g CO2-ekv/MJ. Metsähakkeen osalta polttoaineen tuotannon osuus koko tarkastellun energiaketjun kasvihuonekaasupäästöistä oli noin 43–57 %. Enon energiaosuuskunnan tapauksessa vuoden 2005 odotetulla toiminta-asteella metsähakkeella tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt ovat noin 160 t CO2-ekv. Kevyellä polttoöljyllä tuotetun lämmön tuotantoketjun kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin 3700 t CO2-ekv sekä turpeen (50 %) ja metsähakkeen (50 %) seoskäyttöön perustuvalla ketjulla noin 2300–2400 t CO2-ekv. Samaisella toiminta-asteella työllisyysvaikutukset ovat käytettäessä metsähaketta 2,2–8,6 htv, raakaöljyä 0,12 htv ja turvetta 1,4–1,6 htv. Metsähakkeen käyttö aluelämpölaitosten pääpolttoaineena takaa myös vakaan hintakehityksen osuuskunnan asiakkaille.

Rintamamiestalon saneerauksen energiataloudellinen tarkastelu

Työssä määritettiin Kaakkois-Suomessa sijaitsevan rintamamiestalon eri energiasaneerausvaihtoehtojen kannattavuus. Taselaskenta pohjautui pääosin Suomen rakentamismääräyskokoelman osaan D5. Tarkastelu laajennettiin koskemaan myös yleisesti rintamamiestaloja. Tällöin referenssitalona toimi kyseinen kohdetalo konstruktiossa, jossa talon vaipan eristeet olivat alkuperäiset ja lämmitysjärjestelmä uusimisen tarpeessa. Työssä kehitettiin toimiva laskenta-algoritmi, jolla pystytään määrittämään tyypillisten rintamamiestalojen energiasaneerausten kannattavuus eri lämmitysjärjestelmillä ja eri ilmastovyöhykkeillä. Samalla saadaan määritellyksi yksittäisten rakenneosien saneerauksen vaikutukset talon energiantarpeeseen. Käytännössä kaikkiin 1950-luvulla rakennettuihin rintamamiestaloihin on vuosien kuluessa tehty asumisviihtyvyyttä lisääviä parannuksia, mutta energiaa säästävät investoinnit ovat jääneet vähemmälle. Energiantarve on niissä tyypillisesti 400 kWh asuinneliötä kohti vuodessa, kun vastaava talo nyt rakennettuna kuluttaisi 55% - 60% vähemmän energiaa.

Vesikiertoisen ja kaapeleilla toteutetun lattialämmityksen teknistaloudellinen vertailu

Lopputyössä vertailtiin vesikiertoisen ja kaapeleilla toteutetun lattialämmityksen erilai-sia ominaisuuksia. Vertailuparametreinä olivat lattialämmitysten mitoitus, säätö, asen-nus, investointikustannukset, käyttökustannukset, vikaantuminen ja korjaus, asumis-viihtyvyys, käyttöön liittyvät tekijät, markkinat ja toimijat sekä lattian päällysteet. Näistä lat-tialämmityksien asumisviihtyvyys, säätö ja kustannukset otettiin tarkempaan vertailuun. Lämmitysjärjestelmien kokonaiskustannuksia vertailtiin 25 vuoden jaksolla ja 4 % ko-rolla. Investointikustannuksiin sisältyi lämmitysjärjestelmien lisäksi lkv-varaajan ja tek-nisen tilan kustannukset sekä liittymismaksut. Käyttökustannusten vertailussa otettiin huomioon lämmityskulujen lisäksi myös lämmityksen hyötysuhde, yö- ja päiväsähköosuudet ja -energian hinnat, taloussähkön kustannukset, perusmaksut sekä huoltokulut. Tutkimuksen mukaan halvin pientalojen lämmitysmuoto on osittain varaava huonekoh-tainen sähkölämmitys, jonka vuosittaisiksi kustannuksiksi tuli 11452 mk. Sähkölämmi-tyksen tekee vertailtavista halvimmaksi lämmitysjärjestelmäksi pientaloille (n. 150 m2) sen pienet pääomakustannukset, lämmityksen hyvä hyötysuhde sekä varsin kilpailuky-kyiset käyttökustannukset. Vertailun kallein oli öljyä energialähteenä käyttävä vesikiertoi-nen lattialämmitys, jonka vuosittaisiksi kustannuksiksi tuli 13080 mk. Öljy on energia-hinnaltaan halpa, mutta öljylämmityksen huono hyötysuhde sekä varsin korkeat pää-omakustannukset tekevät siitä vertailtavista kalleimman lämmitysmuodon. Energian hin-tojen herkkyysanalyysissä huomattiin sähkön säilyttävän kilpailukykynsä, vaikka öljyn ja maakaasun hinnat laskisivatkin huomattavasti. Asumismukavuuden ja säädön kohdalla vertailtiin lämpötilojen tasaisuutta huonetilois-sa. Mittauskohteiden huonelämpötiloja on seurattu eri projekteissa jatkuvatoimisesti jo-pa yli kahden vuoden ajan. Mittaustulosten mukaan vesikiertoisella lattialämmityksellä huonelämpötilat ovat tasaisemmat kuin osittain varaavalla huonekohtaisella sähköläm-mityksellä. Tämä johtuu sähkölämmityksen varaavuudesta. Hyvillä yhdistelmätermostaateilla päästään tosin myös huonekohtaisen sähkölämmityksen yhteydessä tasaisiin huonelämpötiloihin. Molempien lämmitysmuotojen säädön heikkoutena on hidas reagointi sisäisten lämmönlähteiden aiheuttamaan nopeaan sisälämpötilan nousuun.