Building appliances energy performance assessment

Trabalho de Projeto de Mestrado, Informática, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasO consumo de energia tem vindo a crescer na União Europeia todos os anos, sendo de prever que, a curto prazo, se torne insustentável. No sentido de prevenir este cenário, a Comissão Europeia decidiu definir uma Estratégia Energética para a União Europeia, destacando dois objetivos: aumentar a eficiência energética e promover a descarbonização. Atualmente, cerca de 72% dos edifícios existentes na União Europeia não são energeticamente eficientes. Este problema motivou-nos à pesquisa e criação de soluções que permitam uma melhor avaliação do consumo energético por dispositivos elétricos em edifícios residenciais. Neste contexto, o trabalho desenvolvido nesta tese consiste no desenho de uma solução de monitorização remota que recolhe informações de consumo energético recorrendo a técnicas de intrusive load monitoring, onde cada dispositivo elétrico individual é continuamente monitorizado quanto ao seu consumo energético. Esta abordagem permite compreender o consumo de energia, em tempo real e no dia-a-dia. Este conhecimento oferece-nos a capacidade de avaliar as diferenças existentes entre as medições laboratoriais (abordagem utilizada no sistema de rotulagem de equipamentos elétricos de acordo com a sua eficiência energética) e os consumos domésticos estimados. Para tal, nesta tese exploram-se abordagens de machine learning que pretendem descrever padrões de consumo, bem como reconhecer marcas, modelos e que funções os dispositivos elétricos estarão a executar. O principal objetivo deste trabalho é desenhar e implementar um protótipo de uma solução de IoT flexível e de baixo custo para avaliar equipamentos elétricos. Será utilizado um conjunto de sensores que recolherá dados relacionados com o consumo de energia e os entrega à plataforma SATO para serem posteriormente processados. O sistema será usado para monitorar aparelhos comumente encontrados em residências. Além disso, o sistema terá a capacidade de monitorizar o consumo de água de aparelhos que necessitem de abastecimento de água, como máquinas de lavar e de lavar louça. Os dados recolhidos serão usados para classificação dos aparelhos e modos de operação dos mesmos, em tempo real, permitindo fornecer relatórios sobre o consumo energético e modo de uso dos aparelhos, com grande grau de detalhe. Os relatórios podem incluir o uso de energia por vários ciclos de operação. Por exemplo, um aparelho pode executar vários ciclos de operação, como uma máquina de lavar que consume diferentes quantidades de energia elétrica e água consoante o modo de operação escolhido pelo utilizador. Toda a informação recolhida pode ser posteriormente utilizada em novos serviços de recomendação que ajudaram os utilizadores a definir melhor as configurações adequadas a um determinado dispositivo, minimizando o consumo energético e melhorando a sua eficiência. Adicionalmente toda esta informação pode ser utilizada para o diagnóstico de avarias e/ou manutenção preventiva. Em termos de proposta, o trabalho desenvolvido nesta tese tem as seguintes contribuições: Sistema de monitorização remota: o sistema de monitorização desenhado e implementado nesta tese avança o estado da arte dos sistemas de monitorização propostos pela literatura devido ao facto de incluir uma lista aprimorada de sensores que podem fornecer mais informações sobre os aparelhos, como o consumo de água da máquina de lavar. Além disso, é altamente flexível e pode ser implementado sem esforço em dispositivos novos ou antigos para monitorização de consumo de recursos. Conjunto de dados de consumo de energia de eletrodomésticos: Os dados recolhidos podem ser usados para futura investigação científica sobre o consumo de consumo de energia, padrões de uso de energia pelos eletrodomésticos e classificação dos mesmos. Abordagem de computação na borda (Edge Computing): O sistema de monitorização proposto explora o paradigma de computação na borda, onde parte da computação de preparação de dados é executada na borda, libertando recursos da nuvem para cálculos essenciais e que necessitem de mais poder computacional. Classificação precisa de dispositivos em tempo real: Coma proposta desenhada nesta tese, podemos classificar os dispositivos com alta precisão, usando os dados recolhidos pelo sistema de monitorização desenvolvido na tese. A abordagem proposta consegue classificar os dispositivos, que são monitorizados, com baixas taxas de falsos positivos. Para fácil compreensão do trabalho desenvolvido nesta tese, de seguida descreve-se a organização do documento. O Capítulo 1 apresenta o problema do consumo de energia na União Europeia e discute o aumento do consumo da mesma. O capítulo apresenta também os principais objetivos e contribuições do trabalho. No Capítulo 2 revê-se o trabalho relacionado em termos de sistema de monitorização remota, que inclui sensores, microcontroladores, processamento e filtragem de sinal. Por fim, este capítulo revê os trabalhos existentes na literatura relacionados com o problema de classificação de dispositivos usando abordagens de machine learning. No Capítulo 3 discutem-se os requisitos do sistema e o projeto de arquitetura conceitual do sistema. Neste capítulo é proposta uma solução de hardware, bem como, o software e firmware necessários à sua operação. Os algoritmos de machine learning necessários à classificação são também discutidos, em termos de configurações necessárias e adequadas ao problema que queremos resolver nesta tese. O Capítulo 4 representa a implementação de um protótipo que servirá de prova de conceito dos mecanismos discutidos no Capítulo 3. Neste capítulo discute-se também a forma de integração do protótipo na plataforma SATO. Com base na implementação feita, no Capítulo 5 especificam-se um conjunto de testes funcionais que permitem avaliar o desempenho da solução proposta e discutem-se os resultados obtidos a partir desses testes. Por fim, o Capítulo 6 apresenta as conclusões e o trabalho futuro que poderá ser desenvolvido partindo da solução atual.Energy consumption is daily growing in European Union (EU). One day it will become hardly sustainable. For this not to happen European Commission decided to implement a European Union Strategy, emphasizing two objectives: increasing energy efficiency and decarbonization. About 72% of all buildings in the EU are not adapted to be energy efficient. This problem encourages us to create solutions that would help assess the energy consumption of appliances at residential houses. In this thesis, we proposed a system that collects data using an intrusive load monitoring approach, where each appliance will have a dedicated monitoring rig to collect the energy consumption data. The proposed solution will help us understand the real-life consumption of each device being monitored and compare the laboratory measurements observed versus domestic consumption estimated by the energy consumption based on the EU energy efficiency labelling system. The system proposed detects device consumption patterns and recognize its brand, model and what actions that appliance is executing, e.g., program of washing in a washing machine. To achieve our goal, we designed a hardware solution capable of collecting sensor data, filtering and send it to a cloud platform (the SATO platform). Additionally, in the cloud, we have a Machine Learning solution that deals with the data and recognizes the appliance and its operation modes. This recognition allows drawing a device/settings profile, which can detect faults and create a recommendation service that helps users define the better settings for a specific appliance, minimizing energy consumption and improving efficiency. Finally, we examine our prototype approach of the system implemented for targeted objectives in this project report. The document describes the experiments that we did and the final results. Our results show that we can identify the appliance and some of its operation modes. The proposed approach must be improved to make the identification of all operation modes. However, the current version of the system shows exciting results. It can be used to support the design of a new labelling system where daily operation measures can be used to support the new classification system. This way, we have an approach that allows improving the energy consumption, making builds more efficient

Sustainability in design: now! Challenges and opportunities for design research, education and practice in the XXI century

Copyright @ 2010 Greenleaf PublicationsLeNS project funded by the Asia Link Programme, EuropeAid, European Commission

A History of Materials and Technologies Development

The purpose of the book is to provide the students with the text that presents an introductory knowledge about the development of materials and technologies and includes the most commonly available information on human development. The idea of the publication has been generated referring to the materials taken from the organic and non-organic evolution of nature. The suggested texts might be found a purposeful tool for the University students proceeding with studying engineering due to the fact that all subjects in this particular field more or less have to cover the history and development of the studied object. It is expected that studying different materials and technologies will help the students with a better understanding of driving forces, positive and negative consequences of technological development, etc

PAINTING THE SKY BLACK

Dieter Häussinger, Direktor des HITM und der Medizinischen Klinik und Poliklinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie und Lehrstuhlinhaber für Innere Medizin an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, ist im Bereich der klinischen und experimentellen Hepatologie und Gastroenterologie aktiv. Er engagiert sich für die Weiterentwicklung der klinischen Infektiologie. In diesem Zusammenhang erfolgte die Zertifizierung seiner Klinik als Zentrum für Infektiologie, der Aufbau einer tropenmedizinischen Ambulanz und Infektionssprechstunde, die Errichtung des Leber- und Infektionszentrums mit der einzigen Sonderisoliereinheit in Nordrhein-Westfalen für hochinfektiöse Patienten sowie die Gründung des Hirsch-Instituts für Tropenmedizin

A real-time packet scheduling system for a 6LoWPAN industrial application

Nowadays, the industrial Wireless Sensor Networks (WSN) are crucial for the monitoring and control of the modern smart factory floor that is relying on them for critical applications and tasks that were performed by wired systems in the past. For this reason, it is required that the transmission mechanisms of wireless sensor networks are efficient and robust and that they guarantee realtime responses with low data losses. Furthermore, it is required that they utilize common networking standards, such as the Internet Protocol (IP), that provides interoperability with already existing infrastructures and offers widely tested security and transmission control protocols. The theoretical part of this document focuses on the description of the current panorama of the industrial WSN, its applications, design challenges and standardizations. It describes the 6LoWPAN standard and the wireless transmission technology that it uses for its lower layers, the IEEE 802.15.4 protocol. Later, it describes the principles behind the wireless scheduling, a state-of-the-art in the IEEE 802.15.4 scheduled channel access and the features of the most used operating systems for WSN. The practical part presents the real-time packet scheduling system for a 6LoWPAN industrial application proposed by this thesis work that adapts the HSDPA scheduling mechanisms to the IEEE 802.15.4 beacon-enabled mode. The system implemented manages the channel access by allocating Guaranteed Time Slots to sensor nodes according to the priority given by three scheduling algorithms that can be selected according to the traffic condition of the network. The system proposed was programmed using Contiki OS. It is based on the eSONIA 6LoWPAN firmware developed for the European Research Project and it was deployed on the FAST WSN for testing. The results, discussion and conclusions are documented at the final sections of this part

Food Edu-Care in the Primary Curriculum: A collaborative case study in an inner city DEIS Gaelscoil

This applied case study explored the role of food education and its potential to nurture the lives of children who may experience disadvantage socially, culturally and economically. The research concedes at the outset that the role of ‘food’ in education is complex, that schools do not deal with curriculum matters alone but also with social justice policy issues, and that school-based ‘food poverty’ policy interventions to date are broadly motivated by nutritional concerns. The research was informed by a critical pedagogy perspective using a collaborative enquiry design focused on individual and collective agency at the school level. Multiple theoretical and analytical frameworks related to constructivist learning methodologies, educational psychology, and critical social theory framed the study. The research intervention in the inner-city DEIS Gaelscoil was at the invitation of the Parents’ Council and staff who collectively identified an urgent need for healthier eating practices and a shift to cross-curricular pedagogical practices to meet educational targets in literacy and numeracy. An Integrated Food Edu-Care curriculum module was collaboratively developed and delivered in Irish through weekly class sessions and field-trips. The integrated Food Edu-Care curriculum module consisted of; sixteen food and cooking lessons, a collaborative Hot Lunch Experience (Pedagogic Meal) and the creation of a ‘Foodbook’ as a class project. The curricular areas included in the integrated Food Edu-Care curriculum module included, Mathematics, Language, Social, Environmental and Scientific Education (SESE), Social Personal and Health Education (SPHE) and Visual Arts. The outputs from the research include an Integrated Food Edu-Care Pedagogical Guide for teachers and Pupils’ Activity Workbook, an ‘e-Foodbook’, educational videos, flashcards and posters in both English and Irish. The findings indicate that using a collaborative, experiential, caring, active and integrated Food Edu-Care curriculum module has the capacity to reach all learners and to build on classroom relationships, thereby facilitating social and emotional learning particularly in the area of self-efficacy and social skills. The research confirmed that such a curriculum module can incorporate seamless compensation for missed life chances and for on-going disadvantage. The thesis recommends a fifth domain of emotional and self-efficacy development needs among primary school children which is better facilitated by systemic policy change to school food provision and integrated curriculum with target-free pedagogies than by narrowly focused, targeted initiatives for free school lunches

PAINTING THE SKY BLACK

Dieter Häussinger, Direktor des HITM und der Medizinischen Klinik und Poliklinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie und Lehrstuhlinhaber für Innere Medizin an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, ist im Bereich der klinischen und experimentellen Hepatologie und Gastroenterologie aktiv. Er engagiert sich für die Weiterentwicklung der klinischen Infektiologie. In diesem Zusammenhang erfolgte die Zertifizierung seiner Klinik als Zentrum für Infektiologie, der Aufbau einer tropenmedizinischen Ambulanz und Infektionssprechstunde, die Errichtung des Leber- und Infektionszentrums mit der einzigen Sonderisoliereinheit in Nordrhein-Westfalen für hochinfektiöse Patienten sowie die Gründung des Hirsch-Instituts für Tropenmedizin