Hybrid deterministic-statistical modelling of built-up structures

When used correctly, Statistical Energy Analysis (SEA) can provide good predictions of high frequency vibration levels in built-up structures. Unfortunately, the assumptions that underlie SEA break down as the frequency of excitation is reduced, and the method does not yield accurate predictions at "medium" frequencies (and neither does the Finite Element Method, which is limited to low frequencies). A basic problem is that parts of the system have a short wavelength of deformation and meet the requirements of SEA, while other parts of the system do not - this is often referred to as the "mid-frequency" problem, and there is a broad class of mid-frequency vibration problems that are of great concern to industry. In this paper, a coupled deterministic-statistical approach referred to as the Hybrid Method (Shorter & Langley, 2004) is briefly described, and some results that demonstrate how the method overcomes the aforementioned difficulties are presented.

黄土丘陵区退耕前后典型流域农业生态经济系统能值分析

应用能值分析理论和方法,从资源的投入和产出结构角度对黄土丘陵区退耕还林草政策实施前后纸坊沟流域农业生态经济系统的资源利用、环境压力、能值指标变化及生态经济效益进行比较研究。结果表明:退耕前,该流域农业生态经济系统农产品总产出能值为7.53E+18 sej,退耕后减小了1.50E+17 sej,单位面积农产品生产力由退耕前的5.38E+15 sej/hm2上升到退耕后的1.68E+16 sej/hm2,畜产品的产出能值有所下降。退耕后系统生产优势度指数由退耕前的0.60上升到0.72,系统稳定性指数由退耕前的0.51增加到退耕后的0.53,退耕后流域人口承载力较退耕前大。退耕前后该流域能值投入率及环境负荷几乎无变化,净能值产出率由0.11增加到0.29,退耕前流域人均能值用量为5.16×1015 sej,退耕后增加到5.41×1015 sej,系统可持续发展指数由退耕前的2.55上升到退耕之后的6.69。退耕后,能值-货币比为2.21×1012 sej/＄,与退耕前相比变化不大。为了使该流域的农业生态系统更加持续稳定的发展,需进一步调整农业结构,优化资源投入配置,提高资源生产效率,减小环境负荷,逐步走向系统可持...

Emergy Assessment of a Wheat-Maize Rotation System with Different Water Assignments in the North China Plain

Sustainable water use is seriously compromised in the North China Plain (NCP) due to the huge water requirements of agriculture, the largest use of water resources. An integrated approach which combines the ecosystem model with emergy analysis is presented to determine the optimum quantity of irrigation for sustainable development in irrigated cropping systems. Since the traditional emergy method pays little attention to the dynamic interaction among components of the ecological system and dynamic emergy accounting is in its infancy, it is hard to evaluate the cropping system in hypothetical situations or in response to specific changes. In order to solve this problem, an ecosystem model (Vegetation Interface Processes (VIP) model) is introduced for emergy analysis to describe the production processes. Some raw data, collected by investigating or observing in conventional emergy analysis, may be calculated by the VIP model in the new approach. To demonstrate the advantage of this new approach, we use it to assess the wheat-maize rotation cropping system at different irrigation levels and derive the optimum quantity of irrigation according to the index of ecosystem sustainable development in NCP. The results show, the optimum quantity of irrigation in this region should be 240-330 mm per year in the wheat system and no irrigation in the maize system, because with this quantity of irrigation the rotation crop system reveals: best efficiency in energy transformation (transformity = 6.05E + 4 sej/J); highest sustainability (renewability = 25%); lowest environmental impact (environmental loading ratio = 3.5) and the greatest sustainability index (Emergy Sustainability Index = 0.47) compared with the system in other irrigation amounts. This study demonstrates that application of the new approach is broader than the conventional emergy analysis and the new approach is helpful in optimizing resources allocation, resource-savings and maintaining agricultural sustainability.

The polydispersity of ethylene sequence in metallocene ethylene/alpha-olefin copolymers III: crystallization and melting behavior of short ethylene sequence

Crystallization and melting behavior of short ethylene sequence of metallocene ethylene/alpha -olefin copolymer with high comonomer content have been studied by standard DSC and modulated-temperature differential scanning calorimetry (M-TDSC) technique. In addition to high temperature endotherm around 120 degreesC, a low temperature endotherm is observed at lower temperatures (40-80 degreesC), depending on time and temperature of isothermal crystallization. The peak position of the low temperature endotherm T-m(low) varies linearly with the logarithm of crystallization time and the slope, D, decreases with increasing crystallization temperature T-c. The T-m(low) also depends on the thermal history before the crystallization at T-c, and an extrapolation of T-m(low) (30.6 degreesC) to a few seconds has been obtained after two step isothermal crystallization before the crystallization at 30 degreesC. The T-m(low) is nearly equal to T-c, and it indicates that the initial crystallization at low temperature is nearly reversible. Direct evidence of conformational. entropy change of secondary crystallization has been obtained by using M-TDSC technique. Both the M-TDSC result and the activation energy analysis of temperature dependence suggest that crystal perfection process and conformational entropy decreasing in residual amorphous co-exist during secondary crystallization.

The application of computer modelling to develop a methodology for ‘existing building’ upgrades to move towards carbon-neutral buildings

The retrofitting of existing buildings for decreased energy usage, through increased energy efficiency and for minimum carbon dioxide emissions throughout their remaining lifetime is a major area of research. This research area requires development to provide building professionals with more efficient building retrofit solution determination tools. The overarching objective of this research is to develop a tool for this purpose through the implementation of a prescribed methodology. This has been achieved in three distinct steps. Firstly, the concept of using the degree-days modelling method as an adequate means of basing retrofit decision upon was analysed and the results illustrated that the concept had merit. Secondly, the concept of combining the degree-days modelling method and the Genetic Algorithms optimisation method is investigated as a method of determining optimal thermal energy retrofit solutions. Thirdly, the combination of the degree-days modelling method and the Genetic Algorithms optimisation method were packaged into a building retrofit decision-support tool and named BRaSS (Building Retrofit Support Software). The results demonstrate clearly that, fundamental building information, simplified occupancy profiles and weather data used in a static simulation modelling method is a sufficient and adequate means to base retrofitting decisions upon. The results also show that basing retrofit decisions upon energy analysis results are the best means to guide a retrofit project and also to achieve results which are optimum for a particular building. The results also indicate that the building retrofit decision-support tool, BRaSS, is an effective method to determine optimum thermal energy retrofit solutions.

Characterization of stationary and pulsed inductively coupled RF discharges for plasma sterilization

Sterilization of bio-medical materials using radio frequency (RF) excited inductively coupled plasmas (ICPs) has been investigated. A double ICP has been developed and studied for homogenous treatment of three-dimensional objects. Sterilization is achieved through a combination of ultraviolet light, ion bombardment and radical treatment. For temperature sensitive materials, the process temperature is a crucial parameter. Pulsing of the plasma reduces the time average heat strain and also provides additional control of the various sterilization mechanisms. Certain aspects of pulsed plasmas are, however, not yet fully understood. Phase resolved optical emission spectroscopy and time resolved ion energy analysis illustrate that a pulsed ICP ignites capacitively before reaching a stable inductive mode. Time resolved investigations of the post-discharge, after switching off the RF power, show that the plasma boundary sheath in front of a substrate does not fully collapse for the case of hydrogen discharges. This is explained by electron heating through super-elastic collisions with vibrationally excited hydrogen molecules.

Domain annihilation due to temperature and thickness gradients in single-crystal BaTiO3

The manner in which 90? ferroelectric-ferroelastic domains respond to changes in temperature has been mapped in BaTiO3 single crystals using atomic force microscopy. Domain periodicity remains unaltered until approximately 2 ? C below the Curie temperature (TC ), whereupon domains coarsened dramatically. This behavior was successfully rationalized by considering the temperature dependence of the parameters associated with standard models of ferroelastic domain formation. However, while successful in describing the expected radical increase in equilibrium period with temperature, the model did not predict the unusual mechanism by which domain coarsening occurred; this was not continuous at a local level but instead involved discrete domain annihilation events. Subsequent insights from a combination of free energy analysis for the system and further experimental data from an analogous situation, in which domain period increases with increasing crystal thickness, suggested that domain annihilation is inevitable whenever a component of the relevant gradient that affects domain period is orientated parallel to the domain walls. Consistent with this thesis, we note that, for the observations presented herein, the thermal gradient possessed a significant component parallel to the domain walls. We suggest that domain annihilation is a general feature of domain structures in gradient fields.

Topographical optimisation of single-storey non-domestic steel framed buildings using photovoltaic panels for net-zero carbon impact

A methodology is presented that combines a multi-objective evolutionary algorithm and artificial neural networks to optimise single-storey steel commercial buildings for net-zero carbon impact. Both symmetric and asymmetric geometries are considered in conjunction with regulated, unregulated and embodied carbon. Offsetting is achieved through photovoltaic (PV) panels integrated into the roof. Asymmetric geometries can increase the south facing surface area and consequently allow for improved PV energy production. An exemplar carbon and energy breakdown of a retail unit located in Belfast UK with a south facing PV roof is considered. It was found in most cases that regulated energy offsetting can be achieved with symmetric geometries. However, asymmetric geometries were necessary to account for the unregulated and embodied carbon. For buildings where the volume is large due to high eaves, carbon offsetting became increasingly more difficult, and not possible in certain cases. The use of asymmetric geometries was found to allow for lower embodied energy structures with similar carbon performance to symmetrical structures.

Estudo comparativo de sistemas em aquecimento

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

Quantificação do valor ambiental em edifícios: estudo de um caso prático

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

Análise energética, otimização e modernização dos sistemas de um grande edifício de serviços na ótica da melhoria da eficiência energética

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

Convergência para NZEB de um edifício de serviços em Faro

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Sustentabilidade na construção metálica

O desenvolvimento sustentável é um dos grandes desafios dos nossos tempos com inúmeras consequências em várias áreas da nossa sociedade. É uma questão abrangente e essencial para a sobrevivência do modo de vida tal como o conhecemos actualmente. A construção sustentável tem um papel muito importante no desenvolvimento, não só ao nível económico mas também social e cultural. Embora não contemple a energia incorporada, a avaliação do ciclo de vida (ACV), no sector da construção, é um dos métodos mais comuns para avaliar o nível de sustentabilidade. Este trabalho visa os metais como uma das mais promissoras e actuais respostas do sector da construção às crescentes preocupações em relação ao desenvolvimento sustentável. O ferro e derivados são normalmente a base das construções metálicas, residindo no seu potencial de reutilização e reciclagem um dos seus principais factores de sustentabilidade. As estruturas metálicas apresentam características especificas que se coadunam com os requisitos da construção sustentável e que tornam este tipo de construção extremamente versátil e interessante. Neste trabalho, é efectuada uma abordagem sobre a construção metálica ao longo de três partes. A primeira parte é constituída por uma introdução histórica ao ferro e seus derivados enunciando exemplos de construções até aos nossos dias, e pela classificação dos vários tipos de metais e ligas metálicas. Na segunda parte, é abordado o conceito de sustentável e o seu enquadramento no sector da construção, e é feita uma introdução à metodologia de avaliação de ciclo de vida. Na terceira parte, é abordado um exemplo prático de uma estrutura metálica em que são elaboradas e comparadas três soluções. Na origem da diversidade dos elementos comparativos estão o tipo de aço, a origem da energia utilizada no seu fabrico e o tipo de solução técnica adoptada. O objectivo deste trabalho é compreender as repercussões do conceito de sustentabilidade no sector da construção, e desenvolver um método simplificado de avaliação dos impactos ambientais e económicos de soluções metálicas.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

El concepto de comunidad y estrategias comunitarias en la relación de las organizaciones del sector de gas natural con las comunidades a las que presta servicio

Colombia está dando pasos importantes para ubicarse en cada uno de los frentes energéticos, el sector de gas natural en Colombia ha experimentado un alto crecimiento de la demanda, acompañado de la introducción y profundización de un marco de mercado. Las compañías que hacen parte de este sector utilizan el marketing relacional, como consecuencia de los cambios producidos en la estructura y competencia de la industria; no obstante, esto exige a las empresas una orientación al mercado con énfasis en la implementación de acciones de marketing proactivas, ya que en el mediano y largo plazo sólo serán rentables las compañías que mejor satisfagan las necesidades y exigencias de los consumidores. Estas empresas tienen un concepto de clientes o consumidores como objetivó final, pero no de un concepto de comunidad. Las estrategias comunitarias es un conocimiento nuevo, que es importante divulgar para aquellas empresas de servicios, que además de incluir estrategias de marketing relacional, y proclamar una responsabilidad social, deben incluir el concepto comunidad en la misión estratégica de la empresa. Así bien, se pretendió identificar mediante un estudio de tipo empírico-analítico si existía un concepto de comunidad, así como si se utilizaban estrategias comunitarias en la relación de la organización Gas Natural Fenosa con las comunidades a las que prestan el servicio. Gas Natural Fenosa en Colombia opera como distribuidor y comercializador de gas y electricidad, la Compañía provee gas natural a hogares, industria, comercio y vehículos. Se evidenció que el concepto comunidad sí se incluye en la estrategia de la empresa, ya que más que una estrategia de marketing transaccional, relacional, o una responsabilidad social se realizan actividades en pro del desarrollo y el empoderamiento de la sociedad, actividades culturales, de educación y donaciones, que son trascendentales a la hora de hablar del crecimiento de las comunidades, se hace uso de una estrategia comunitaria o marketing social ya que Gas Natural Fenosa con estas actividades genera recordación, publicidad y capacitación a los clientes y proveedores lo que disminuye las quejas y reclamaciones, etc.. y que a la vez vincula la empresa y la marca con una causa social de interés, en una relación de beneficio mutuo.