Orientador: Roger J. Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T02:36:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LucianaCristinados_M.pdf: 3430679 bytes, checksum: 28d163db7620c9a4ecc0df34b7ae538b (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Um novo procedimento de estimativa de área e custos de capital para sistemas sob integração energética é proposto. Este método permite que restrições de troca térmica e trocadores com mais de uma passagem nos tubos sejam utilizados. O método desenvolvido resulta em um modelo não linear onde, balanços de energia, restrições de troca térmica e o fator de correção para trocadores do tipo casco e tubo 1-2 (com 1 passagem no casco e duas ou mais passagens pares nos tubos) são incluídos. As dificuldades de convergência decorrentes da adição de restrições não lineares, devido a utilização de trocadores com múltiplas passagens nos tubos, levaram ao uso de uma estratégia nova. Esta estratégia é constituída pela resolução de dois problemas não lineares. O primeiro estima a área para trocadores contracorrente constituindo a primeira aproximação para obtenção dos fatores de correção para trocadores com múltiplas passagens nos tubos, e outro onde é estimado o capital para trocadores 1-2. Os fatores de correção dos trocadores com múltiplas passagens nos tubos são calculados externamente ao modelo e entram como parâmetro conhecido. Este procedimento é repetido até que uma diferença tolerável entre as estimativas de capital seja atingida. Para completar o projeto de recuperação de energia, uma metodologia que fornece o projeto da rede de trocadores de calor considerando restrições de troca térmica é proposto. O modelo de síntese resulta na formulação de um MIP (Mixed Integer Programming), onde o problema é dividido em estágios e submetido a balanços de energia para minimizar o número de trocadores.Uma comparação dos custos de capital entre os métodos da estimativa de área e o de síntese de rede mostrou bons resultados, já que a diferença de capital entre os métodos foi inferior a 10% / Abstract: A new procedure for estimating area and capital cost targets of constrained heat exchanger networks is presented. The method allows for match constrained networks and exchangers with more than one tube passo The procedure is based on modelling the problem as a non-linear formulation where the forbidden exchanger matches are included as constraints and the temperature difference correction due to multipass exchangers is included in the modeI. The difficulty of converging to a solution due to the additional non-linear constraints imposed by the multipass exchangers required the use of a two-Ievel approach: at the inner leveI, the area targets for simple pass exchangers are obtained, and at the outer leveI the temperature difference required for multipass exchangers are computed and fed back to the inner leveI. The procedure is repeated until an appropriate tolerance between two iterations was achieved. A procedure for the authomatic synthesis of contrained heat exchanger network was developed, using a mixed integer programming approach and minimising the overall number of heat exchangers. A comparison between the estimated exchanger areas and costs estimated by the new procedure and the area and costs obtained from the final heat exchanger design shows a very good agreement / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

This thesis examines how to take into account both environmental and social sustainability goals to be used in scenarios or in policymaking. In paper I, we select four sustainability goals that have to be fulfilled by 2050 in normative future scenarios for Sweden in a degrowth context. Two goals address ecological challenges, climate change and land use issues specifically. The other two goals address social issues and deal with participation and influence in society as well as resource security and distribution. The environmental goals will require significant reductions in greenhouse gas (GHG) emissions and land use compared to today's levels. The social goals are within reach today, although the degree of fulfillment differs across different groups in society. In paper II, we review existing and suggested climate or energy targets at a global, national and local scale and search for justice perspectives or for proposals for such perspectives. We find that the justice aspect is not explicitly formulated in existing climate and energy targets and that, the community of justice i.e. the receivers of benefits or burdens, in our reviewed examples, is limited to human beings, thereby excluding all other living beings. In paper III, we assess how four different backcasting scenarios for land use in a Swedish context, all of which fulfil a climate target of zero CO2 emissions in 2060, impact on other sustainability goals. We conduct a goal conflict analysis between the chosen climate goal and the other Swedish environmental goals, the gender equity goals and the public health goal. We find that there are more potential goal conflicts in scenarios with no global climate agreement. From the results of all three papers, I then discuss several aspects that have to be taken into account when setting goals, such as the major uncertainties associated with long-term goals, the elusiveness, the normativity of goals and the need to separate goals from the means to achieve the goals. / Utsläpp av växthusgaser (GHG) och andra miljöproblem, såsom förlust av biologisk mångfald, markanvändning och övergödning av sötvatten och marina kustekosystem, är stora utmaningar för mänskligheten. De planetära gränser för dessa områden har redan överskridits. Av de 16 svenska miljömålen för 2020, vars syfte är att lösa dessa ödesfrågor, bedöms bara ett – "Ett skyddande ozonskikt" – uppnås i tid. Vad gäller sociala mål på global nivå fram till 2015 – FN:s Milleniemål – har visserligen betydande framsteg gjorts på en del områden, t.ex. jämställdhet i utbildningen, men utfallet skiljer sig mellan länder och inom länder med avseende på socioekonomisk grupp och kön. Denna avhandling undersöker hur man kan ta hänsyn till både miljömässiga och sociala hållbarhetsmål som ska användas i framtidsscenarier eller som underlag till beslutsfattande. I artikel I väljs fyra hållbarhetsmål i en tvärvetenskaplig process. Målen ska uppfyllas 2050 i s.k. normativa framtidsscenarier (backcasting) för Sverige i en kontext av nedväxt eller låg tillväxt. De två första målen handlar om klimatförändringar och markanvändningsfrågor. De två andra är sociala mål och omfattar delaktighet och inflytande i samhället samt tillgång till resurser och fördelning av dessa. För att uppnå de valda miljömålen, kommer drastiska minskningar av växthusgasutsläpp (GHG) och markanvändning att behövas, jämfört med dagens situation. Båda de sociala målen är inom räckhåll i dag, även om graden av uppfyllelse skiljer sig mellan olika grupper i samhället. I artikel II genomförs en kvalitativ dokumentanalys för att samla information om befintliga och föreslagna klimat- och energimål på global, nationell och lokal nivå. Vi letar också efter rättviseperspektiv i befintliga klimat- och energimål samt förslag till sådana perspektiv i föreslagna mål i den vetenskapliga litteraturen liksom i rapporter från miljöorganisationer. En slutsats är att rättvisa inte är uttryckligen formulerat i befintliga klimat- och energimål. Vi använder en teoretisk ram för social rättvisa som skiljer mellan vem som ger och får det som fördelas, vad som fördelas (rättvisevaluta) och hur det fördelas (distributionsprinciper). Utifrån vår analys fann vi att en egalitär princip används för de flesta föreslagna målen, exempelvis för globala mål om utsläpp av växthusgaser per capita. Samtliga av de granskade målen omfattar endast rättvisa mellan människor och exkluderar därmed andra levande varelser. I artikel III analyserar vi hur fyra olika backcastingscenarier för markanvändning i ett svenskt sammanhang år 2060 påverkar andra hållbarhetsmål när ett klimatmål om noll CO2-utsläpp är uppfyllt. Med hjälp av en matris gör vi en målkonfliktanalys med de övriga svenska miljömålen, jämställdhetsmål och mål för folkhälsan med dess 11 tillhörande målområden. Analysen visar att de potentiella målkonflikterna är fler i scenarier utan globalt klimatavtal. Detta beror främst på att vissa miljöfrågor måste behandlas på global nivå, samt att minskningen i miljöpåverkan kommer att bero på åtgärder som inte bara vidtagits i Sverige utan också globalt. Utifrån dessa tre artiklar diskuterar jag sedan olika aspekter som måste beaktas vid fastställandet av mål. Eftersom hållbarhetsmål är långsiktiga och kännetecknas av en hel del osäkerhet diskuterar jag behovet av att sätta upp "försiktigt utopiska mål" (cautiously utopian goals), det vill säga mål som kan vara omöjliga att uppnå, men möjliga att närma sig. Sådana mål kan få till stånd de djupgående förändringar som krävs för en hållbar och rättvis framtid samtidigt som de är acceptabla för de intressenter som berörs. Mål är ofta otydliga vad gäller vad som ingår eller inte. Vad gäller klimatmålen, exempelvis, är det ofta otydligt huruvida utsläpp från handel är inkluderade eller ej och vilket referensår en viss utsläppsminskning baseras på. Sådana avgränsningar bör synliggöras och helst diskuteras med avseende på hur de kan påverka till exempel andra länders utsläppsminskningar. Det finns också ett behov att skilja mål från medel för att uppnå målen, eftersom det gör det möjligt att formulera mål som kan uppnås på olika sätt. Ekonomisk tillväxt ses ofta som ett mål i sig, såsom i FN:s nya hållbarhetsmål (SDGs). Tillväxt borde dock betraktas som ett rent verktyg för att uppnå egentliga mål rörande, exempelvis, välbefinnande. Mål är också normativa och återspeglar både olika kulturella och etiska perspektiv på vad en god hälso- och sjukvård eller bostadsstandard bör vara. De underliggande värdena bör därför också synliggöras och ifrågasättas. Både inter- och intragenerationella rättviseperspektiv bör göras mer konkreta och tydliga så att sådana frågor kan följas upp. En bra start kan vara att förutom ett territoriellt perspektiv börja använda ett konsumtionsperspektiv vid upprättandet av klimat-eller markanvändningsmål, då effekten av vår konsumtion på andra länders miljö och hälsa har ökat under de senaste årtiondena. / <p>QC 20160901</p> / Beyond GDP Growth

In Sweden, buildings are responsible for about 40 % of total energy use and about 10 % of total CO2 emissions Today more than 60 % of existing Swedish residential buildings are over 40 years old and are in need of major renovation. In addition, 15 % of all multi-family buildings and 27 % of all single-family houses were built before 1945. The increased energy use and threat from CO2 emissions of the building sector create a need for energy efficiency. The important role that renovation of residential buildings will play in reducing the total energy used by the Swedish building sector as well as in reducing primary energy use and CO2 emissions on both the national and global levels has been the impetus for the studies included in this thesis. The aim of the current research is to develop a methodology from a system perspective which can be used to analyze the energy use, optimal life cycle cost (LCC), energy efficiency measure (EEM) package, indoor environment, CO2 emissions, and primary energy use of a building or a community during major renovation. The developed methodology accomplished at three different levels, i.e. building level, cluster level and district level. The methodology considers both energy efficiency and economic viability during building renovation and will also play an important role in overall urban planning. The studied buildings include both non-listed and listed residential buildings and the tools used include building energy simulation (BES), survey, technical measurements, LCC optimization and building categorization. The results show that the combination of BES, technical measurements and surveys provides a holistic approach for evaluation of energy use and indoor environment of the studied residential buildings. The results from the current study also show that the 2020 energy target, i.e., reduction of energy use by 20 %, for the building sector can be achieved by all the studied building types and that the total LCC of these buildings are below the cost-optimal point. In comparison, the 2050 energy target, i.e., reduction of energy use by 50 %, for the building sector may be achieved by the non-listed buildings, but when the constraints relevant to listed buildings are added the cost-optimality changes as some EEMs in direct conflict with the building’s heritage value may not be implemented. The investigation of primary energy use and CO2 emissions by the residential buildings show that the higher the energy saving, the lower the primary energy use becomes, and vice versa. With the same energy saving, the heating system with higher primary energy factor results in higher primary energy use. From a CO2 emissions point of view, EEM packages proposed to help buildings connected to a CHP based district heating system, to reduce the energy use or LCC are not consistently effective. Since these EEM packages will reduce district heating demand, the electricity produced in the CHP plant will also decrease. When the biomass is considered a limited resource, measures such as investment in a biofuel boiler are not favourable from the CO2 emissions point of view. The current study has also shown that combining building categorization method and LCC optimization method will help the community to reduce its energy use, primary energy use and CO2 emissions in a systematic and strategic way. / I Sverige, står byggnadssektorn för cirka 40 % av den totala energianvändningen och cirka 10 % av CO2-utsläppen. Idag är mer än 60 % av befintliga svenska bostäder över 40 år gamla och i stort behov av renovering. Dessutom är 15 % av alla flerbostadshus och 27 % av alla småhus byggda före 1945. Den ökade energianvändningen och hotet från CO2-utsläpp från byggsektorn skapar ett behov av energieffektivisering. Grunden för studierna i denna avhandling är den stora betydelse som renoveringen av bostäder har, såväl för att kunna minska den totala energianvändningen som den primärenergianvändningen och CO2-utsläppen på både nationell och global nivå. Syftet med denna forskning är att utveckla en metodik ur ett systematiskt perspektiv som kan användas för att analysera energianvändning, finna optimal livscykelkostnad (LCC), skapa energieffektiviseringsåtgärdspaket, undersöka inomhusmiljöer, beräkna CO2-utsläpp och primärenergianvändning i en byggnad eller ett samhälle vid omfattande renovering. Den utvecklade metodiken som har använts i de aktuella studierna är på tre olika nivåer: byggnadsnivå, klusternivå och stadsdelsnivå. Metodiken avser både energieffektivitet och ekonomisk lönsamhet vid renovering av byggnader och kommer också att spela en viktig roll i den övergripande stadsplaneringen. De studerande byggnaderna i denna avhandling innefattar både historiska och icke-historiska bostäder. De använda verktygen inkluderar building energy simulering (BES), enkätundersökning, tekniska mätningar, LCC-optimering och byggnadskategorisering. Resultaten visar att kombinationen av BES, tekniska mätningar och enkätundersökning ger en god helhetsbild för utvärdering av energianvändning och inomhusmiljö av den studerade byggnaden. Resultaten från den aktuella studien visar också att 2020-energimålet, d.v.s. en minskning av energianvändningen med 20 % till 2020 av byggsektorn, kan uppnås i alla undersökta byggnader och att den totala LCC av dessa byggnader ligger under den kostnadsoptimala punkten. I jämförelse, kan 2050-energimålet, d.v.s. en minskning av energianvändningen med 50 % till 2050, kan uppnås i icke-historiska byggnader, men med hänsyn tagen till begränsningarna för historiska byggnader, ändras de kostnadsoptimala lösningarna, eftersom vissa energieffektiviseringsåtgärder är i direkt konflikt med byggnadens kulturhistoriska värde och därför inte kan genomföras. Undersökningen av primärenergianvändning och CO2-utsläpp i de studerade byggnaderna visar, att ju högre energibesparingen är, desto lägre blir primärenergianvändningen, och vise versa. Med lika mycket energibesparing, resulterar värmesystemet med högre primärenergifaktor i högre primärenergianvändning. Sett från CO2-utsläppssynvinkel, är de energieffektiviseringsåtgärdspaket, som kan hjälpa byggnader anslutna till ett kraftvärmebaserat fjärrvärmesystem att minska energianvändningen eller LCC, inte effektiva, eftersom dessa åtgärdspaket kommer att minska fjärrvärmeanvändningen. Detta leder till att mängden producerad el i ett kraftvärmeverk också kommer att minskas. När biobränsle betraktas som en begränsad resurs, är åtgärder som investering i en biobränslepanna inte energieffektiva från en CO2-utsläppssynvikel. Den aktuella studien visar också att kombinationen av byggnadskategorisering och LCC-optimering kommer att hjälpa byggnadssektorn att minska sin energianvändning, primärenergianvändning och CO2-utsläpp på ett systematiskt och strategiskt sätt.