Controlo preditivo distribuído em edifícios para conforto térmico e alocação de cargas

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Auditoria energética e da QAI no âmbito do SCE de um edifício de serviços

Este trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Dissertação/Estágio do ramo de Optimização Energética na Indústria Química, do Mestrado em Engenharia Química do Instituto Superior de Engenharia do Porto e foi desenvolvido na empresa GreenWatt. O principal objectivo é efectuar uma auditoria energética e uma auditoria QAI a uma clínica de fisiatria de forma a preparar as ferramentas necessárias para a Certificação Energética e da QAI no enquadramento do Sistema de Certificação Energética. Na auditoria QAI foram analisados parâmetros físicos - temperatura, humidade relativa e partículas respiráveis PM10, parâmetros químicos - CO2, CO, O3, COVs, HCOH e o radão, e ainda parâmetros microbiológicos - bactérias, fungos e legionella. Na auditoria energética foi feita a caracterização dos vectores de energia utilizados no edifício, nomeadamente, gás natural e electricidade. Para esta caracterização efectuou-se um levantamento de toda a informação disponível relativa aos combustíveis utilizados, iluminação instalada, outros equipamentos consumidores de energia e perfis de utilização. Com recurso a analisadores de energia foram ainda medidos os consumos eléctricos do edifício. Com suporte nos dados provenientes da auditoria energética e das facturas anuais efectuou-se a validação da simulação dinâmica do edifício. Esta simulação é a base do cálculo do IEEnominal do edifício. Os resultados da auditoria QAI, permitiram verificar que existem valores nãoregulamentares em relação aos compostos orgânicos voláteis, fungos e bactérias. Da auditoria energética concluiu-se que o principal consumo de energia é o gás natural utilizado pelas caldeiras existentes. Este valor representa cerca de 81% do consumo total de energia, reproduzindo os mesmos resultados obtidos pela desagregação das facturas energéticas. No que respeita à electricidade concluiu-se que as bombas de água e os equipamentos eléctricos são os maiores consumidores deste vector, com, respectivamente, 53% e 23% do consumo total de energia eléctrica. Após a realização da simulação dinâmica, com base nos levantamentos realizados no edifício e na auditoria energética efectuada, obteve-se uma fotografia do edifício no que respeita ao seu desempenho energético, e calculou-se um IEEnominal de 40,54 kgep/m2.ano o que qualifica o edifício com uma Classe Energética E. O valor de CO2 emitido por este edifício em termos nominais, anualmente, é de 76,39 toneladas.

Gestão de projectos no âmbito da construção sustentável

A indústria da construção, nomeadamente no sector da edificação, baseia-se essencialmente em métodos de construção tradicional. Esta indústria é caracterizada pelo consumo excessivo de matérias-primas, de recursos energéticos não renováveis e pela elevada produção de resíduos. Esta realidade é de todo incompatível com os desígnios do desenvolvimento sustentável, nos quais se procura a conveniência harmoniosa entre as dimensões ambiental, social e económica. O desafio da sustentabilidade, colocado à actividade da construção, tem motivado abordagens distintas, não só por parte das várias especialidades da engenharia, como também da arquitectura. É nesta perspectiva, que o presente modelo pretende ser um contributo para uma abordagem inovadora, introduzindo linhas de intervenção e de orientação, para apoiar e estimular o desenvolvimento de soluções sustentáveis em edifícios habitacionais, em qualquer fase do ciclo de evolução de um projecto e das várias especialidades do mesmo. Assim, no sentido de optimizar os recursos envolvidos no projecto são expostas estratégias de intervenção, com os seguintes objectivos: optimização do potencial do local, preservação da identidade regional e cultural, minimização do consumo de energia, utilização de materiais e produtos de baixo impacto ambiental, redução do consumo de água, redução da produção de emissões, resíduos e outros poluentes, adequada qualidade do ambiente interior e optimização das fases de operação e manutenção. A ferramenta apresentada surge como um instrumento facilitador para a equipa de projectistas, e que se esta adaptada para o desenvolvimento de projectos de edifícios de habitação, dada a génese dos métodos utilizados. As soluções de sustentabilidade apresentadas neste manual emanam dos sistemas de certificação LíderA, LEED, BREEAM e SBToolpt. O modelo encontra-se estruturado, no que às fases de projecto diz respeito, de acordo com os requisitos expressos na Portaria 701-H/2008 de 29 de Julho, tendo sido igualmente seguido o descrito para os respectivos intervenientes.

Optimização energética de um sistema de climatização industrial

O desenvolvimento deste trabalho teve como objectivo a optimização de um sistema de climatização industrial, constituído por quatro centrais de climatização adiabáticas, que apresentam limitações de capacidade de arrefecimento, controlo e eficiência. Inicialmente foi necessária a pesquisa bibliográfica e recolha de informação relativa à indústria têxtil e ao processo de arrefecimento evaporativo. Numa fase posterior foram recolhidos e analisados os diversos dados essenciais à compreensão do binómio edifício/sistema de climatização, para a obtenção de possíveis hipóteses de optimização. Da fase de recolha de informações e dados, destaca-se, também, a realização de análises à qualidade do ar interior (QAI). As optimizações seleccionadas como passíveis de implementação, foram estudadas e analisadas com o auxílio do software de simulação energética dinâmica DesignBuilder e os resultados obtidos foram devidamente trabalhados e ajustados de modo a permitir uma assimilação amigável e de fácil interpretação das suas vantagens e desvantagens, tendo ainda sido objecto de estudo de viabilidade económica. A optimização proposta reflecte uma melhoria substancial das condições interiores ao nível da temperatura e humidade relativa, resultando, ainda assim, numa redução de consumos energéticos na ordem dos 23 % (490.337 kWh), isto é, uma poupança anual de 42.169 € aos custos de exploração e com um período de retorno de 1 ano e 11 meses.

Aspergillus flavus contamination in two Portuguese wastewater treatment plants

Filamentous fungi from genus Aspergillus were previously detected in wastewater treatment plants (WWTP) as being Aspergillus flavus (A. flavus), an important toxigenic fungus producing aflatoxins. This study aimed to determine occupational exposure adverse effects due to fungal contamination produced by A. flavus complex in two Portuguese WWTP using conventional and molecular methodologies. Air samples from two WWTP were collected at 1 m height through impaction method. Surface samples were collected by swabbing surfaces of the same indoor sites. After counting A. flavus and identification, detection of aflatoxin production was ensured through inoculation of seven inoculates in coconut-milk agar. Plates were examined under long-wave ultraviolet (UV; 365 nm) illumination to search for the presence of fluorescence in the growing colonies. To apply molecular methods, air samples were also collected using the impinger method. Samples were collected and collection liquid was subsequently used for DNA extraction. Molecular identification of A. flavus was achieved by real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) using the Rotor-Gene 6000 qPCR detection system (Corbett). Among the Aspergillus genus, the species that were more abundant in air samples from both WWTP were Aspergillus versicolor (38%), Aspergillus candidus (29.1%), and Aspergillus sydowii (12.7%). However, the most commonly species found on surfaces were A. flavus (47.3%), Aspergillus fumigatus (34.4%), and Aspergillus sydowii (10.8%). Aspergillus flavus isolates that were inoculated in coconut agar medium were not identified as toxigenic strains and were not detected by RT-PCR in any of the analyzed samples from both plants. Data in this study indicate the need for monitoring fungal contamination in this setting. Although toxigenic strains were not detected from A. flavus complex, one cannot disregard the eventual presence and potential toxicity of aflatoxins.

Determination of airborne nanoparticles in elderly care centres

According to numerous studies, airborne nanoparticles have a potential to produce serious adverse human health effects when deposited into the respiratory tract. The most important parts of the lung are the alveolar regions with their enormous surface areas and potential to transfer nanoparticles into the blood stream. These effects may be potentiated in case of the elderly, since this population is more susceptible to air pollutants in general and more to nanoparticles than larger particles. The main goal of this investigation was to determine the exposure of institutionalized elders to nanoparticles using Nanoparticle Surface Area Monitor (NSAM) equipment to calculate the deposited surface area (DSA) of nanoparticles into elderly lungs. In total, 193 institutionalized individuals over 65 yr of age were examined in four elderly care centers (ECC). The occupancy daily pattern was achieved by applying a questionnaire, and it was concluded that these subjects spent most of their time indoors, including the bedroom and living room, the indoor microenvironments with higher prevalence of elderly occupancy. The deposited surface area ranged from 10 to 46 μm2/cm3. The living rooms presented significantly higher levels compared with bedrooms. Comparing PM10 concentrations with nanoparticles deposited surface area in elderly lungs, it is conceivable that living rooms presented the highest concentration of PM10 and were similar to the highest average DSA. The temporal distribution of DSA was also assessed. While data showed a quantitative fluctuation in values in bedrooms, high peaks were detected in living rooms.

Environmental impact caused by fungal and particle contamination of Portuguese swine

Social concerns for environmental impact on air, water and soil pollution have grown along with the accelerated growth of pig production. This study intends to characterize air contamination caused by fungi and particles in swine production, and, additionally, to conclude about their eventual environmental impact. Fiftysix air samples of 50 litters were collected through impaction method. Air sampling and particle matter concentration were performed in indoor and also outdoor premises. Simultaneously, temperature and relative humidity were monitored according to the International Standard ISO 7726 – 1998. Aspergillus versicolor presents the highest indoor spore counts (>2000 CFU/m3) and the highest overall prevalence (40.5%), followed by Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) and Penicillium sp. (14.1%). All the swine farms showed indoor fungal species different from the ones identified outdoors and the most frequent genera were also different from the ones indoors. The distribution of particle size showed the same tendency in all swine farms (higher concentration values in PM5 and PM10 sizes). Through the ratio between the indoor and outdoor values, it was possible to conclude that CFU/m3 and particles presented an eventual impact in outdoor measurements.

Potential poultry and meat products contamination by aflatoxin B1 due to fungal presence in Portuguese poultry units

The impact of mycotoxins on human and animal health is well recognized. Aflatoxin B1 (AFB1) is by far the most prevalent and the most potent natural carcinogen and is usually the major aflatoxin produced by toxigenic fungal strains. Data available, points to an increasing frequency of poultry feed contamination by aflatoxins. Since aflatoxin residues may accumulate in body tissues, this represents a high risk to human health. Samples from commercial poultry birds have already presented detectable levels of aflatoxin in liver. A descriptive study was developed in order to assess fungal contamination by species from Aspergillus flavus complex in seven Portuguese poultry units. Air fungal contamination was studied by conventional and molecular methods. Air, litter and surfaces samples were collected. To apply molecular methods, air samples of 300L were collected using the Coriolis μ air sampler (Bertin Technologies), at 300 L/min airflow rate. For conventional methodologies, all the collected samples were incubated at 27ºC for five to seven days. Through conventional methods, Aspergillus flavus was the third fungal species (7%) most frequently found in 27 indoor air samples analysed and the most commonly isolated species (75%) in air samples containing only the Aspergillus genus...

Exposure to volatile organic compounds, particulate matter and fungi in a composting plant

Composting is an important process of solid waste management and it can be used for treatment of a variety of different wastes (green waste, household waste, sewage sludge and more). This process aims to: 1. Reduce the volumes of waste and; 2. Create a valuable product which can be recycled as a soil amendment in agriculture and gardening. A natural self-heating process involving the biological degradation of organic matter under aerobic conditions. The handling of waste and compost is responsible for the release of airborne microorganisms and their compounds in the air. Possible contaminants: a) Dust; b) Mesophilic and thermophilic microorganisms; c) Volatile organic compounds; d) Endotoxins and mycotoxins…. Aim: assess exposure/contamination to: a) Volatile organic compounds (VOCs); b) Particulate matter (PM); c) Fungi. In a composting plant located in Lisbon. An additional goal was to identify the workplace with higher level of contamination. In a totally indoor composting plant. The composting operations consisted: 1º Waste already sorted is unloaded in a reception area; 2º Pretreatment - remove undesirable materials from the process (glass, rocks, plastics, metals…); 3º Anaerobic digestion; 4º Dehydration; 5º Open composting with forced aeration. All the process takes thirteen weeks.

Fast growing fungi: a problem to be solved to achieve characterization of occupational exposure to fungi in cork industry

Chrysonilia sitophila is a common mould in cork industry and has been identified as a cause of IgE sensitization and occupational asthma. This fungal species have a fast growth rate that may inhibit others species’ growth causing underestimated data from characterization of occupational fungal exposure. Aiming to ascertain occupational exposure to fungi in cork industry, were analyzed papers from 2000 about the best air sampling method, to obtain quantification and identification of all airborne culturable fungi, besides the ones that have fast-growing rates. Impaction method don’t allows the collection of a representative air volume, because even with some media that restricts the growth of the colonies, in environments with higher fungal load, such as cork industry, the counting of the colonies is very difficult. Otherwise, impinger method permits the collection of a representative air volume, since we can make dilution of the collected volume. Besides culture methods that allows fungal identification trough macro- and micro-morphology, growth features, thermotolerance and ecological data, we can apply molecular biology with the impinger method, to detect the presence of non-viable particles and potential mycotoxin producers’ strains, and also to detect mycotoxins presence with ELISA or HPLC. Selection of the best air sampling method in each setting is crucial to achieve characterization of occupational exposure to fungi. Information about the prevalent fungal species in each setting and also the eventual fungal load it’s needed for a criterious selection.

Exposição aos compostos orgânicos voláteis: trabalhadores em cozinhas escolares

Mestrado em Segurança e Higiene no Trabalho

Sistema de Visão Stereo Ativo aplicado aos robôs do ISePorto

A presente dissertação endereça o desenvolvimento de um sistema de visão stereo ativo para os robôs de futebol robótico da equipa ISePorto do ISEP, de modo a que estes tirem o máximo partido das câmaras rotativas neles existentes. Este trabalho surge da necessidade de melhorar a capacidade de perceção do ambiente por parte dos robôs, principalmente da perceção da bola quando não está no plano do campo e dos robôs adversários. Esta necessidade surge devido ao aumento da dinâmica que se tem vindo a veri car ultimamente nas competições. Para tal, foram estudados algumas trabalhos relacionados no que diz respeito a sistemas de visão stereo com baselines variáveis e eixos de rotação em ambas as câmaras, bem como fundamentos de visão stereo. Foi proposta uma arquitetura para o sistema de visão ativo de modo a ser aplicado em qualquer robô da equipa MSL (Middle Size League). Para tornar possível a implementação desta arquitetura foi desenvolvido um procedimento para a calibração e determinação em tempo real dos parâmetros extrínsecos do par stereo em função da posição angular dos eixos rotativos do robô. O sistema de visão foi também dotado de capacidade de sincronismo e foram implementadas funcionalidades ao nível de software que possibilitam a deteção de objetos na imagem, a correspondência de objetos presentes nas imagens de ambas as câmaras e consequentemente a determinação das posições tridimensionais desses objetos relativamente ao robô. O sistema desenvolvido foi testado e validado em cenário MSL ao nível de perceção da bola, robôs adversários e linhas do campo. Os resultados obtidos apresentam uma melhoria signi cativa, face à implementação atual dos robôs, na perceção tridimensional da bola quando não está no plano do campo, e dos robôs adversários.

Exploração da Point Cloud Library aplicada à percepção em sistemas autónomos

A navegação e a interpretação do meio envolvente por veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um grande desafio na actualidade. Sebastian Thrun, descreve em [Thr02], que o problema do mapeamento em sistemas robóticos é o da aquisição de um modelo espacial do meio envolvente do robô. Neste contexto, a integração de sistemas sensoriais em plataformas robóticas, que permitam a construção de mapas do mundo que as rodeia é de extrema importância. A informação recolhida desses dados pode ser interpretada, tendo aplicabilidade em tarefas de localização, navegação e manipulação de objectos. Até à bem pouco tempo, a generalidade dos sistemas robóticos que realizavam tarefas de mapeamento ou Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), utilizavam dispositivos do tipo laser rangefinders e câmaras stereo. Estes equipamentos, para além de serem dispendiosos, fornecem apenas informação bidimensional, recolhidas através de cortes transversais 2D, no caso dos rangefinders. O paradigma deste tipo de tecnologia mudou consideravelmente, com o lançamento no mercado de câmaras RGB-D, como a desenvolvida pela PrimeSense TM e o subsequente lançamento da Kinect, pela Microsoft R para a Xbox 360 no final de 2010. A qualidade do sensor de profundidade, dada a natureza de baixo custo e a sua capacidade de aquisição de dados em tempo real, é incontornável, fazendo com que o sensor se tornasse instantaneamente popular entre pesquisadores e entusiastas. Este avanço tecnológico deu origem a várias ferramentas de desenvolvimento e interacção humana com este tipo de sensor, como por exemplo a Point Cloud Library [RC11] (PCL). Esta ferramenta tem como objectivo fornecer suporte para todos os blocos de construção comuns que uma aplicação 3D necessita, dando especial ênfase ao processamento de nuvens de pontos de n dimensões adquiridas a partir de câmaras RGB-D, bem como scanners laser, câmaras Time-of-Flight ou câmaras stereo. Neste contexto, é realizada nesta dissertação, a avaliação e comparação de alguns dos módulos e métodos constituintes da biblioteca PCL, para a resolução de problemas inerentes à construção e interpretação de mapas, em ambientes indoor não estruturados, utilizando os dados provenientes da Kinect. A partir desta avaliação, é proposta uma arquitectura de sistema que sistematiza o registo de nuvens de pontos, correspondentes a vistas parciais do mundo, num modelo global consistente. Os resultados da avaliação realizada à biblioteca PCL atestam a sua viabilidade, para a resolução dos problemas propostos. Prova da sua viabilidade, são os resultados práticos obtidos, da implementação da arquitectura de sistema proposta, que apresenta resultados de desempenho interessantes, como também boas perspectivas de integração deste tipo de conceitos e tecnologia em plataformas robóticas desenvolvidas no âmbito de projectos do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA).

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com Especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Qualidade do ar interior em Escolas Básicas de 1.º ciclo: QAI em ambientes escolares: estudo orientado para as Escolas Básicas de 1.º ciclo de um agrupamento escolar

A Qualidade do Ar Interior (QAI) é um fator de grande preocupação. A importância de manter um ambiente salubre é mais acentuada em estabelecimentos escolares (EE), tendo em conta, que no interior destes permanecem crianças durante um elevado período de tempo. É fundamental garantir uma boa QAI nos edifícios escolares, de forma a salvaguardar a saúde, o bem-estar e o conforto dos ocupantes, bem como, não comprometer o seu desempenho escolar. Recentemente, foram construídos novos edifícios escolares e alguns dos existentes foram alvo de obras de remodelação. Contudo, a crescente tendência em construir edifícios cada vez mais herméticos, com vista à diminuição dos gastos de energia, origina problemas como a reduzida ventilação dos espaços. Vários estudos têm demonstrado a influência das atividades de limpeza na QAI. No entanto, verifica-se que na maioria das escolas não existem ainda procedimentos de limpeza padronizados. A falta de instruções de trabalho e a ausência de formação às assistentes operacionais pode comprometer a eficácia dos procedimentos de higienização, o que poderá ter influência na QAI dos espaços. Este estudo teve como principal objetivo avaliar a QAI em escolas básicas de 1.º ciclo. Foram contemplados no estudo fatores como a tipologia do edifício, a ocupação das salas e as atividades de limpeza. Procedeu-se à caracterização dos EE e à monitorização de parâmetros ambientais, como a temperatura do ar, a humidade relativa, a velocidade do ar, o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, as partículas, os microrganismos mesófilos totais e os fungos. Estes parâmetros foram avaliados nas salas com ocupação, sem ocupação e durante a implementação de um plano de higienização. A ventilação inadequada parece ser o fator que mais condiciona a QAI das salas de aula avaliadas. Registaram-se elevadas concentrações de dióxido de carbono e de microrganismos mesófilos totais, que parecem estar relacionados com a permanência dos ocupantes nos locais e com a falta de ventilação adequada dos espaços. A concentração de dióxido de carbono foi mais elevada em edifícios recentes. Os picos elevados na concentração de partículas parecem estar associados com as atividades dos ocupantes. Obtiveram-se concentrações menores de fungos e de microrganismos mesófilos totais ao longo da implementação do plano de higienização, o que poderá significar que os procedimentos de limpeza contribuem para reduzir os níveis de contaminação dos espaços interiores. No entanto, tendo em conta, que a concentração de microrganismos mesófilos totais permaneceu elevada, as operações de limpeza parecem não ser suficientes para garantir uma boa QAI. O aumento da ventilação dos espaços poderia contribuir significativamente para a melhoria da QAI dos espaços avaliados.