Avaliação de projetos de eficiência energética na iluminação pública

Dissertação de mestrado em Engenharia Industrial

Model-based diagnosis system: application to constructed wetlands

Report for the scientific sojourn carried out at the Model-based Systems and Qualitative Reasoning Group (Technical University of Munich), from September until December 2005. Constructed wetlands (CWs), or modified natural wetlands, are used all over the world as wastewater treatment systems for small communities because they can provide high treatment efficiency with low energy consumption and low construction, operation and maintenance costs. Their treatment process is very complex because it includes physical, chemical and biological mechanisms like microorganism oxidation, microorganism reduction, filtration, sedimentation and chemical precipitation. Besides, these processes can be influenced by different factors. In order to guarantee the performance of CWs, an operation and maintenance program must be defined for each Wastewater Treatment Plant (WWTP). The main objective of this project is to provide a computer support to the definition of the most appropriate operation and maintenance protocols to guarantee the correct performance of CWs. To reach them, the definition of models which represent the knowledge about CW has been proposed: components involved in the sanitation process, relation among these units and processes to remove pollutants. Horizontal Subsurface Flow CWs are chosen as a case study and the filtration process is selected as first modelling-process application. However, the goal is to represent the process knowledge in such a way that it can be reused for other types of WWTP.

Between specialization and globalization. The marketing of agrarian products and its environmental impacts seen from a historical perspective: the province of Barcelona in the mid-nineteenth century

Ecological economics has five good reasons to consider that economic globalisation, spurred by commercial and financial fluxes, to be one of the main driving forces responsible for causing environmental degradation to our planet. The first, is the energy consumption and the socio-environmental impacts which long-distance haulage entails. The second, is the ever-increasing flow of goods to far-away destinations which renders their recycling practically impossible. This is particularly significant, because it prevents the metabolic lock of the nutrients present in food and other agrarian products from taking place. The third, is that the high degree of specialization attained in agriculture, forestry, cattle, mining and industry in each region, generates deleterious effects not only on the eco-landscape structure of the uses of the soil, but on the capability to provide habitat and environmental functions to maintain biodiversity as well

El Procés de la certificació energètica per edificació existent

Arran d’una part de la transposició a l’Estat espanyol de la Directiva 2002/91/CE sobre Eficiència Energètica d’Edificis mitjançant el Real Decret 47/2007, pel que s’aprova el Procediment bàsic per la certificació d’eficiència energètica d’edificis de nova construcció, la certificació energètica esdevé obligatòria per edificació nova, i es dóna de termini fins a 2009 per a l’obligatorietat en edificació existent. És en aquest buit de l’edificació existent on es presenta l’objectiu de l’estudi, que és precisament augmentar el coneixement i canvi d’actitud dels agents de l’habitatge social sobre solucions de la rehabilitació des d’una perspectiva de sostenibilitat ambiental, en el context de la certificació energètica per obra nova. Després d’un intens treball de recerca de dades, s’aplicà en un cas pràctic d’habitatge social la nova directiva sobre certificació energètica de l’edificació amb les eines oficials existents. S’aconseguí fer una avaluació energètica d’un habitatge com a eina de gestió per la definició d’estratègies, i solucions ambientals per aconseguir així una major eficiència dels mateixos. D’aquesta manera, s’ha demostrat el valor afegit de la certificació energètica, i les dades obtingudes de les diferents certificacions realitzades podran ajudar a desenvolupar eines i estratègies integrades d’aplicació de millores energètiques a nivell del parc d’edificis existent.

L'energia solar fotovoltaica com una alternativa en els espais urbans

Estudi realitzat per avaluar la possibilitat i viabilitat d’instal·lació de panells solar fotovoltaics als terrats de les comunitats de veïns del Districte de l’Eixample de Barcelona. La seva finalitat és conscienciar a la població sobre la problemàtica actual del canvi climàtic fent ús de la ciutat com a element clau per a fomentar l’estalvi de consum energètic i la reducció d’emissions de diòxid de carboni (CO2). Els resultats obtinguts ens donen un valor aproximat de la superfície i potència necessària pels habitants de la ciutat de Barcelona i Catalunya, per tal de cobrir el seu consum d’electricitat d’ús domèstic amb energia solar fotovoltaica, així com una comparativa amb els resultats obtinguts en el Districte de l’Eixample en les dimensions: socio-econòmica, mediambiental i política.

Disaggregating the Household Sector in a 2004 UK Input Output Table and Social Accounting Matrix by Income Quintiles

This paper disaggregates a UK Input-Output (IO) table for 2004 based on household income quintiles from published survey data. In addition to the Input-Output disaggregation, the household components of a UK Income Expenditure (I-E) account used to inform a Social Accounting Matrix (SAM),have also been disaggregated by household income quintile. The focus of this paper is on household expenditure on the UK energy sector.

Applications of the MuSIASEM approach to study changes in the metabolic pattern of Catalonia

This document presents an integrated analysis of the performance of Catalonia based on an analysis of how the energy consumption (measured at the societal level for the Catalan Society) is used within both the productive sectors of the economy and the household, to generate added value, jobs, and to guarantee a given level of material standard of living to the population. The trends found in Catalonia are compared to the trends of other European Countries to contextualize the performance of Catalonia with respect to other societies that have followed different paths of economic development. The first part of the document consists of the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) approach that has been used to provide this integrated analysis of Catalan Society across different scales (starting from an analysis of the specific sectors of the Catalan economy as an Autonomous Community and scaling up to an intra-regional (European Union 14) comparison) and across different dimensions of analyses of energy consumption coupled with added value generation. Within the scope of this study, we observe the various trajectories of changes in the metabolic pattern for Catalonia and the EU14 countries in the Paid Work Sectors composed of namely, the Agricultural Sector, the Productive Sector and the Services and Government Sector also in comparison with the changes in the household sector. The flow intensities of the exosomatic energy and the added value generated for each specific sector are defined per hour of human activity, thus characterized as exosomatic energy (MJ/hour) (or Exosomatic Metabolic Rate) and added value (€/hour) (Economic Labour Productivity) across multiple levels. Within the second part of the document, the possible usage of the MuSIASEM approach to land use analyses (using a multi-level matrix of categories of land use) has been conducted.

Autosuficiència energètica en nuclis de muntanya: experiència a Araós

A aquest estudi s’ha analitzat si és viable l’autosuficiència energètica en base a un estudi pilot al nucli d’Araós a partir dels recursos renovables locals. S’ha realitzat un anàlisi del consum energètic del nucli d’Araós i s’ha comparat amb el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals, incloent energia provinent de la biomassa forestal dels boscos de què disposa el municipi d’Alins i energia solar. Igualment s’han analitzat les emissions de CO2 derivades del consum energètic del poble. S’ha comprovat així que la mitjana de consum per habitant i any d’Araós supera en 1Tep a la mitjana de Catalunya. El 38% del consum d’Araós però, prové de biomassa forestal local, que compta amb unes emissions de CO2 associades pràcticament nul·les. Finalment s’ha detectat que és possible assolir l’autosuficiència energètica d’Araós, mitjançant diferents estratègies d’implantació d’energies renovables. S’han considerat dues estratègies que cobreixen de 3 a 5 vegades el consum energètic: estratègia individual amb instal·lació d’energia solar en teulada i, calefacció i ACS a partir de calderes de biomassa; estratègia col·lectiva mitjançant una central de biomassa forestal. Ambdues representen beneficis energètics, econòmics i fins un 92% de reducció d’emissions de CO2.

The costs of parasitism and anti-parasitic defense in the common vole

Résumé : Les relations entre un parasite et son hôte sont avant tout marquées par le coût pour l'hôte que représente la ponction de ressources au profit du parasite et ses conséquences sur les traits d'histoires de vie de l'hôte. Pour contenir la réduction de leur valeur reproductive, les hôtes ont acquis au cours de l'évolution des mécanismes soit de lutte contre les parasites, soit de réallocations des ressources. Curieusement les effets des ectoparasites sur la biologie de mammifères ont été peu étudiés. Dans une première expérience à long terme, nous avons examiné sous un angle intégratif si les puces Nosopsyllus fasciatus affectent certains paramètres physiologiques des campagnols des champs Microtus arvalis. Nous avons également testé si les puces peuvent réduire la longévité et si oui, si ce pourrait être dû à une accélération de la sénescence. Ensuite nous avons testé si la simple activation répétée du système immunitaire comme lors d'une infestation chronique pouvait aussi réduire la longévité. Dans une dernière expérience, nous avons d'abord testé si l'infestation par des puces de jeunes campagnols au stade néonatal (21 jours) pouvait modifier leur développement et leur phénotype adulte. Puis nous avons testé si la modification du phénotype adulte est une réponse prédite et potentiellement adaptative pour minimiser les effets des puces à l'âge adulte. Nos résultats montrent que l'infestation par des puces réduit la croissance subadulte, induit une forte anémie et une immunodépression, et augmente le métabolisme de repos. De plus les puces réduisent la longévité et la taille des testicules, réduisant fortement le succès reproducteur potentiel des individus parasités. La taille finale, c'est-à-dire le développement pré-adulte, détermine en grande part la longévité. La réduction de longévité ne devrait pas être due à l'investissement au profit du système immunitaire car l'activation chronique seule du système immunitaire ne réduit pas la longévité. L'infestation néonatale retarde légèrement le développement mais surtout modifie l'hématocrite et réduit les performances locomotrices des campagnols plus de 3 mois après l'infestation. Les effets immédiats du parasitisme sur la physiologie semblent bien supérieurs comparés aux effets à long terme. Nous n'avons pas d'éléments permettant d'affirmer que le parasitisme néonatal prépare les campagnols à faire face aux puces à l'âge adulte. Au contraire, le parasitisme néonatal interagit sur le parasitisme adulte pour augmenter le métabolisme de repos. Cette thèse offre une vision intégrative des mécanismes par lesquels les puces peuvent affecter la valeur reproductive de leurs hôtes. De façon générale, ces résultats 35 montrent l'importance des puces comme force de sélection chez les campagnols. Il est indispensable de prendre en compte les ectoparasites dans l'étude de l'écologie et des dynamiques de populations chez les mammifères. Summary : The relationship between a parasite and its host is fundamentally marked by the costs for host of the withdrawals of resources by parasite and the subsequent reduction in host life-history traits. Hosts have evolved a number of strategies to reduce these costs, either by fighting against the parasite directly or by reallocating resources to reduce costs on lifetime reproductive value. The effects of ectoparasites on burrowing mammals have been scarcely studied. In a first long-term experiment, we examined how fleas Nosopsyllus fasciatus affect physiological levels of the common vole, Microtus arvalis. We also examined whether fleas reduce longevity and if so, if it is due to an early senescence pattern. Then we tested if experimental activation of the immune system by repeated injections of an antigen could result in a shorter longevity. In the last experiment, we tested if short-lasting neonatal parasitism can have long-term effects on phenotype, and if these effects could induce a predictive response to reduce damages when parasitized at the adult stage. We found that parasitism by flea reduced subadult growth, induced anaemia and immunodepression, and increased energy consumption even when resting. Moreover fleas reduce longevity and testes size associated to splenomegaly, suggesting an overall reduction in fitness but we did not find any pattern of accelerated senescence explaining the early death of parasitized voles compared to non-parasitzed. The cost of mounting an immune response throughout life does not impair longevity, suggesting that it is the cost of parasitism that limits the longevity and not the immune investment. Neonatal infestation by fleas has long-term effects on physiology and reduces motor activity more than 3 months after infestation. The modification of physiology due to long-term effects seems weak compared to the immediate effects of adult infestation. We found no evidence that neonatal parasitism prepares voles to mount a predictive adaptive response in order to reduce effects of fleas on fitness components. On the contrary, neonatal parasitism seems to worsen the effect of adult parasitism. This thesis offers an integrative view of mechanisms by which fleas affect their host at the individual level. Overall, our results demonstrate the importance of fleas as a selective force in voles. These results highlight the importance of ectoparasitism in ecology of micromarnrnals and suggest a role in the dynamic of host populations.

Plan de gestión de energías renovables en el Monasterio Sakya Tashi Ling del Garraf

En el presente estudio se han analizado las posibilidades de reducción del impacto ambiental que genera el consumo de energía en el Monasterio budista Sakya Tashi Ling del Parque del Garraf, mediante la mejora de la eficiencia energética de los edificios y la producción de la energía consumida a partir de fuentes de energía renovables. Se ha realizado un inventario exhaustivo de los flujos energéticos de entrada del Monasterio: electricidad y combustibles fósiles, y el análisis de estos datos ha permitido observar que la mayor parte del consumo energético del Monasterio tiene como uso final la iluminación. El consumo total de energía se ha cuantificado en 138 kWh/m2/año y la emisiones de CO2 en 177 kg CO2/m2/año. A partir de estos datos se ha estudiado la posibilidad de reducir el consumo y abastecer la demanda energética del Monasterio a través de fuentes de energía renovable como las placas solares fotovoltaicas o las calderas de biomasa. Para alcanzar este objetivo se han propuesto tres escenarios posibles con costes económicos y resultados muy distintos. A diferencia de los escenarios “Edificio Energía Plus” y “Edificio Energía 0”, el tercer escenario propuesto, que trataba de alcanzar el triple objetivo del Plan 20/20/20 (producir a partir de fuentes renovables el 20% de la energía consumida, aumentar en una 20% la eficiencia energética y reducir en un 20% las emisiones de CO2 derivadas del uso de la energía) ha resultado ser muy viable económicamente: la inversión necesaria se amortizaría en tan sólo 5 años.

Anàlisi ambiental de La Pleta: oficina tècnica del Parc del Garraf

En aquest projecte s’ha analitzat la viabilitat de l’autosuficiència de la Pleta, l’oficina tècnica del Parc del Garraf, a partir de diferents recursos renovables. S’ha realitzat un estudi del consum hídric i energètic i de la generació de residus per tal d’avaluar les deficiències de cada sistema, per poder-hi aplicar les mesures pertinents. Els resultats obtinguts mostren que un 40% de l’aigua que es consumeix a l’edifici prové dels camions cisterna que la subministren. Per tant, la principal proposta de millora va encaminada a reduir aquest volum d’aigua i per aconseguir-ho, es proposa augmentar la superfície de recollida d’aigua de pluja aprofitant la zona pavimentada del pati de magatzems. Les altres propostes intentaran reduir el volum total d’aigua consumida, com per exemple canviar el filtre actual de les aixetes per airejadors que permeten estalviar fins a un 50% d’aigua, instal·lar cisternes de volum inferior o posar en funcionament el reg per degoteig instal·lat actualment a la Pleta però que no es troba en funcionament. Pel que fa a l’energia hi ha dues fonts, el gasoil i les plaques FV. En quant al gasoil cal diferenciar entre el consum del generador per produir electricitat i el consum de la caldera per la calefacció. Un cop estudiat el sistema s’ha obtingut que les plaques solars FV aconsegueixen produir el 73% de l’electricitat demandada a la Pleta, la resta de l’electricitat la proporciona el generador. El principal problema, però és el gran consum de gasoil per la calefacció. Les millores proposades per a solucionar aquesta problemàtica pretenen millorar l’eficiència de la instal·lació de plaques solars FV col·locant més panells solars i disminuir el consum de gasoil per part de la calefacció, ja sigui millorant l’eficiència energètica i/o canviant la font d’energia per biomassa. En el cas de residus s’ha observat que es produeixen 3.283 kg/any, sent el rebuig la fracció més important. Per tal de reduir el volum de residus generats, es pretén fomentar la utilització d’estris reutlilitzables i el correcte reciclatge, substituint les papereres actuals dels despatxos per les de paper i posant cartells informatius o indicatiu en els llocs adients.

Influència del context geològic i hidrogeològic en l'eficiència energètica dels sistemes geotèrmics de molt baixa entalpia

L’elevat consum energètic de les societats actuals, així com la impossibilitat de sostenir-lo a llarg termini implica la cerca de noves fonts d’energia. D’aquesta manera, en el camp de la climatització residencial, l’energia geotèrmica de molt baixa entalpia es posiciona com una alternativa als recursos energètics actuals. Així, els primers metres de subsòl presenten una temperatura adequada per al seu aprofitament calorífic, mitjançant els sistemes geotèrmics de bomba de calor. Si bé a nivell energètic, són sistemes, intrínsecament, molt eficients, el seu rendiment pot patir importants variacions davant dels canvis en les condicions del medi geològic i hidrogeològic. Especialment, els col·lectors de calor verticals, treballen, amb freqüència, en el si de les formacions hidrogeològiques. En aquest sentit, els canvis del nivell hidràulic i de la temperatura de l’aigua de l’aqüífer es manifesten amb variacions de la conductivitat tèrmica equivalent i del flux subterrani d’aigua, que alhora, aquestes, es tradueixen en alteracions del flux subterrani de calor. Davant d’aquest fet, l’avaluació quantitativa de l’efecte d’aquestes fluctuacions que es presenta en aquest treball mostra petites variacions del nivell hidràulic i de la temperatura de l’aigua comporten canvis molt notables en l’eficiència dels sistemes verticals de bomba de calor geotèrmica.

Estudi energètic de les llars del barri de Haër (Senegal)

En el present estudi s’han analitzat quines són les fonts energètiques utilitzades a les llars de Haër, així com les repercussions que aquestes tenen sobre el medi natural i socioeconòmic de les famílies. Per tal de poder identificar quines són aquestes fonts i els seus efectes, s’ha realitzat un inventari i una diagnosi energètica. S’ha estudiat l’ús de l’energia en dos àmbits domèstics principals: la il·luminació i el cuinat, analitzant la freqüència d’ús i quantificant el consum energètic familiar. Les fonts energètiques detectades són: llenya, carbó, gas, querosè, piles i espelmes, de les quals, la llenya, el querosè i el carbó són les majoritàriament utilitzades. El consum energètic per càpita és de 2.100 kWh/any. Per altra banda, l’obtenció d’algunes d’aquestes fonts energètiques, suposen un cost econòmic molt elevat per les economies familiars, arribant a suposar un 60% dels ingressos. A partir de les dades obtingudes a la diagnosi, s’ha aplicat un indicador per tal de quantificar la magnitud de l’impacte sobre el medi produït pel model energètic seguit dins de les llars. L’indicador estudiat ha estat la petjada energètica, amb la qual s’ha traduït aquest consum en unitats de superfície biològicament productiva, requerida per absorbir el CO2 emès. El resultat ha estat que una persona produeix anualment 2,09·10-2 tCO2, que requereix de 7,53·10-3 gha/persona de superfície forestal per ser absorbides. S’ha comparat aquest resultat amb la petjada energètica domèstica calculada pel poble d’Araós, el qual, amb un model energètic totalment diferent, té una petjada energètica de 1,53 gha/persona. Un cop detectats els problemes o impactes causats pel model energètic actual, es proposa una alternativa energètica per tal de reemplaçar algunes fonts convencionals, principalment el querosè dels quinqués. Així doncs, mitjançant l’aprofitament de l’energia solar, es plantegen dos models fotovoltaics adaptats a dues tipologies de llars diferents, amb l’objectiu de minimitzar el cost i optimitzar els recursos energètics. Finalment es planteja una solució financera per abordar el cost inicial de la instal·lació solar.

Anàlisi dels fluxos d'aigua, energia i mobilitat a cinc nuclis turístics de Menorca

Menorca és una illa del Mediterrani occidental i una important destinació turística. El turisme estival és un pilar de l’economia de l’illa i té implicacions en tots els aspectes d’aquesta. Una bona part dels turistes es concentren en nuclis turístics costaners dedicats a una única activitat (l’allotjament de turistes). En aquest projecte s’estudien els consums i els potencials de captació d’aigua i energia de cinc nuclis turístics menorquins i alguns dels seus establiments turístics i se n’avalua el potencial d’autosuficiència. També es fa un estudi de mobilitat dels turistes, a partir del qual es quantifica el cost energètic de la mobilitat i les emissions de CO2 que se’n deriven. Les eines utilitzades han estat enquestes i Sistemes d’Informació Geogràfica. Els resultats mostren que el consum hídric per persona és molt variable (de 98 a 466 litres diaris). El consum elèctric per persona és més homogeni que el d’aigua (entre 5 i 10 kWh·persona-1·dia-1 a nivell de nucli turístic) i presenta valors superiors en allotjaments del tipus hotel que del tipus apartaments. Els trajectes d’anada i tornada a l’illa amb avió o vaixell representen més del 80% del cost energètic total de les vacances a Menorca (aprox. 1 MWh per estada) i de les emissions de CO2 associades. Els turistes espanyols recorren un 180% més de distància en desplaçaments a l’interior de l’illa que els d’altres nacionalitats. L’aprofitament d’aigües pluvials podria cobrir menys del 25% de les necessitats hídriques de la majoria d’allotjaments turístics i entre el 28 i el 36% de les necessitats hídriques totals dels nuclis turístics, mantenint-se els nivells actuals de consum. La captació d’energia solar fotovoltaica in situ podria arribar a suplir entre el 50 i el 90% del consum d’energia elèctrica en els nuclis turístics i fins al 100% del mateix en alguns allotjaments turístics.

Pla d'acció d'energia sostenible al monestir tibetà Sakya Tashi Ling

El Monestir Budista del Garraf presenta un Pla Executiu per a l’ampliació del monestir. Amb la finalitat de millorar l’eficiència energètica en el futur monestir, s’estima el consum en compliment amb alguns criteris del Decret d’Ecoeficiència. Posteriorment, es realitza una comparació del consum actual del sistema amb l’estimat, analitzant les dades de manera global i per subsistemes. Mitjançant la realització d’un inventari del consum actual, l’estimació del consum futur, l’eficiència energètica i els potencials de captació d’energies renovables, es realitza un estudi per la implantació d’energies renovables al monestir. Es realitzen i s’avaluen les propostes per tal d’augmentar l’estalvi energètic del monestir i disminuir l’impacte ambiental. Es realitza l’estudi de dos escenaris energètics: el cobriment del 20% de la demanda energètica amb energies renovables (Pacte d’Alcaldes) i l’abastiment complet del consum amb energies renovables. Valorant diferents criteris ambientals, socials i econòmics es recomanen propostes per la seva aplicació.