Emissions from realistic operation of residential wood pellets heating systems

Emissions from residential combustion appliances vary significantly depending on the firing behaviours and combustion conditions, in addition to combustion technologies and fuel quality. Although wood pellet combustion in residential heating boilers is efficient, the combustion conditions during start-up and stop phases are not optimal and produce significantly high emissions such as carbon monoxide and hydrocarbon from incomplete combustion. The emissions from the start-up and stop phases of the pellet boilers are not fully taken into account in test methods for ecolabels which primarily focus on emissions during operation on full load and part load. The objective of the thesis is to investigate the emission characteristics during realistic operation of residential wood pellet boilers in order to identify when the major part of the annual emissions occur. Emissions from four residential wood pellet boilers were measured and characterized for three operating phases (start-up, steady and stop). Emissions from realistic operation of combined solar and wood pellet heating systems was continuously measured to investigate the influence of start-up and stop phases on total annual emissions. Measured emission data from the pellet devices were used to build an emission model to predict the annual emission factors from the dynamic operation of the heating system using the simulation software TRNSYS. Start-up emissions are found to vary with ignition type, supply of air and fuel, and time to complete the phase. Stop emissions are influenced by fan operation characteristics and the cleaning routine. Start-up and stop phases under realistic operation conditions contribute 80 – 95% of annual carbon monoxide (CO) emission, 60 – 90% total hydrocarbon (TOC), 10 – 20% of nitrogen oxides (NO), and 30 – 40% particles emissions. Annual emission factors from realistic operation of tested residential heating system with a top fed wood pelt boiler can be between 190 and 400 mg/MJ for the CO emissions, between 60 and 95 mg/MJ for the NO, between 6 and 25 mg/MJ for the TOC, between 30 and 116 mg/MJ for the particulate matter and between 2x10-13 /MJ and 4x10-13 /MJ for the number of particles. If the boiler has the cleaning sequence with compressed air such as in boiler B2, annual CO emission factor can be up to 550 mg/MJ. Average CO, TOC and particles emissions under realistic annual condition were greater than the limits values of two eco labels. These results highlight the importance of start-up and stop phases in annual emission factors (especially CO and TOC). Since a large or dominating part of the annual emissions in real operation arise from the start-up and stop sequences, test methods required by the ecolabels should take these emissions into account. In this way it will encourage the boiler manufacturers to minimize annual emissions. The annual emissions of residential pellet heating system can be reduced by optimizing the number of start-ups of the pellet boiler. It is possible to reduce up to 85% of the number of start-ups by optimizing the system design and its controller such as switching of the boiler pump after it stops, using two temperature sensors for boiler ON/OFF control, optimizing of the positions of the connections to the storage tank, increasing the mixing valve temperature in the boiler circuit and decreasing the pump flow rate. For 85 % reduction of start-ups, 75 % of CO and TOC emission factors were reduced while 13% increase in NO and 15 % increase in particle emissions was observed.

Hydrodynamic Simulations Of Vacuum-Driven Storage Tanks

As a result of urbanization, stormwater runoff flow rates and volumes are significantly increased due to increasing impervious land cover and the decreased availability of depression storage. Storage tanks are the basic devices to efficiently control the flow rate in drainage systems during wet weather. Presented in the paper conception of vacuum-driven detention tanks allows to increase the storage capacity by usage of space above the free surface water elevation at the inlet channel. Partial vacuum storage makes possible to gain cost savings by reduction of both the horizontal area of the detention tank and necessary depth of foundations. Simulation model of vacuum-driven storage tank has been developed to estimate potential profits of its application in urban drainage system. Although SWMM5 has no direct options for vacuum tanks an existing functions (i.e. control rules) have been used to reflect its operation phases. Rainfall data used in simulations were recorded at raingage in Czestochowa during years 2010÷2012 with time interval of 10minutes. Simulation results gives overview to practical operation and maintenance cost (energy demand) of vacuum driven storage tanks depending of the ratio: vacuum-driven volume to total storage capacity. The following conclusion can be drawn from this investigations: vacuum-driven storage tanks are characterized by uncomplicated construction and control systems, thus can be applied in newly developed as well as in the existing urban drainage systems. the application of vacuum in underground detention facilities makes possible to increase of the storage capacity of existing reservoirs by usage the space above the maximum depth. Possible increase of storage capacity can achieve even a few dozen percent at relatively low investment costs. vacuum driven storage tanks can be included in existing simulation software (i.e. SWMM) using options intended for pumping stations (including control and action rules ).

Precificação em orquestradores de informação: maximizando redes estáveis

Em redes de inovação baseadas em trocas de informação, o agente orquestrador se apropria das informações dos atores periféricos, gera inovação e distribui em forma de valor agregado. É sua função promover a estabilidade na rede fazendo com que a mesma tenha taxas não negativas de crescimento. Nos mercados de análise de crédito e fraude, por exemplo, ou bureaus funcionam como agentes orquestradores, concentrando as informações históricas da população que são provenientes de seus clientes e fornecendo produtos que auxiliam na tomada de decisão. Assumindo todas as empresas do ecossistema como agentes racionais, a teoria dos jogos se torna uma ferramenta apropriada para o estudo da precificação dos produtos como mecanismo de promoção da estabilidade da rede. Este trabalho busca identificar a relação de diferentes estruturas de precificação promovidas pelo agente orquestrador com a estabilidade e eficiência da rede de inovação. Uma vez que o poder da rede se dá pela força conjunta de seus membros, a inovação por esta gerada varia de acordo com a decisão isolada de cada agente periférico de contratar o agente orquestrador ao preço por ele estipulado. Através da definição de um jogo teórico simplificado onde diferentes agentes decidem conectar-se ou não à rede nas diferentes estruturas de preços estipuladas pelo agente orquestrador, o estudo analisa as condições de equilíbrio conclui que o equilíbrio de Nash implica em um cenário de estabilidade da rede. Uma conclusão é que, para maximizar o poder de inovação da rede, o preço a ser pago por cada agente para fazer uso da rede deve ser diretamente proporcional ao benefício financeiro auferido pela inovação gerada pela mesma. O estudo apresenta ainda uma simulação computacional de um mercado fictício para demonstração numérica dos efeitos observados. Através das conclusões obtidas, o trabalho cobre uma lacuna da literatura de redes de inovação com agentes orquestradores monopolistas em termos de precificação do uso da rede, servindo de subsídio de tomadores de decisão quando da oferta ou demanda dos serviços da rede.

Uma análise dos leilões de partilha de produção do pré-sal através de simulação computacional

O presente trabalho consiste na aplicação da simulação computacional como método de aprofundamento do estudo de mecanismos de leilões aplicados na alocação do direito de exploração das reservas de petróleo da camada do pré-sal. A camada do pré-sal está localizada na costa brasileira e apresenta um grande potencial em termos de reserva de óleo e gás. A função lance aplicada para os participantes criados computacionalmente foi estimada com base em dados experimentais e segue uma função exponencial. A simulação possibilita reproduzir o modelo de leilão considerando todas as características e parâmetros dos experimentos sem incorrer no custo da realização de novas sessões de leilão com participantes reais. Os leilões estudados foram o leilão de valores privados de 1° preço e o leilão de valores privados de 2° preço. Através dos resultados obtidos identificou-se que o leilão de valores privados de 1° preço é menos arriscado que o leilão de valores privados de 2° preço; no leilão com simetria, o Princípio de Equivalência de Receita é válido; a eficiência observada é menor em leilões assimétricos; o leilão de 2° preço comparado com o de 1° preço apresenta um tradeoff entre a eficiência e a receita do governo; e que considerando o aprendizado dos participantes, não se observam alterações significativas nas estatísticas analisadas à medida que os participantes se tornam mais experientes.

Um método de linearização local com passo adaptativo para solução numérica de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo

Neste trabalho apresentamos um novo método numérico com passo adaptativo baseado na abordagem de linearização local, para a integração de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo. Propomos, também, um esquema computacional que permite a implementação eficiente deste método, adaptando adequadamente o algorítimo de Padé com a estratégia “scaling-squaring” para o cálculo das exponenciais de matrizes envolvidas. Antes de introduzirmos a construção deste método, apresentaremos de forma breve o que são equações diferenciais estocásticas, a matemática que as fundamenta, a sua relevância para a modelagem dos mais diversos fenômenos, e a importância da utilização de métodos numéricos para avaliar tais equações. Também é feito um breve estudo sobre estabilidade numérica. Com isto, pretendemos introduzir as bases necessárias para a construção do novo método/esquema. Ao final, vários experimentos numéricos são realizados para mostrar, de forma prática, a eficácia do método proposto, e compará-lo com outros métodos usualmente utilizados.

A Numerical method for the semilinear stochastic transport equation

Trabalho apresentado no XXXV CNMAC, Natal-RN, 2014.