Energy: Management, Supply and Conservation

Contents......Page 2
1.1 Two Worlds......Page 10
1.2 Politics and Self-Interest......Page 12
1.2.1 Human Nature......Page 13
1.3 What is Energy?......Page 14
1.3.1 Units of Energy......Page 16
1.3.2 The Laws of Thermodynamics......Page 17
1.3.3 Ecology, Society and the Second Law of Thermodynamics......Page 19
1.4 Energy Consumption and GDP......Page 20
1.5 Environmental Issues......Page 23
1.5.1 Global Warming......Page 24
1.5.2 Carbon Intensity of Energy Supply......Page 27
1.5.3 Carbon Dioxide Emissions......Page 28
1.5.4 Depletion of the Ozone Layer......Page 29
1.5.5 Intergovernmental Action......Page 30
1.5.6 Carbon Credits and Taxes......Page 31
1.6 Energy Consumption......Page 32
1.7 Energy Reserves......Page 37
References......Page 38
2.1 Introduction......Page 40
2.2 Primary Energy......Page 41
2.4 Electricity Supply......Page 42
2.4.1 Electricity Charges......Page 45
2.4.2 Electricity Tariffs......Page 47
2.5 Natural Gas......Page 51
2.5.2 Peak Demand Problems......Page 53
2.5.3 Gas Tariffs......Page 54
2.6 Fuel Oil......Page 55
Bibliography......Page 56
3.1 Introduction......Page 57
3.2 The Concept of Competition......Page 58
3.3 Competition in the Electricity Supply Industry......Page 59
3.4 The UK Electricity Experience......Page 61
3.4.1 The Evolution of the UK Electricity Market......Page 64
3.4.2 The Californian Experience......Page 65
3.5 Competition in the Gas Market......Page 67
3.6 Load Management of Electricity......Page 68
3.7 Supply Side and Demand Side......Page 69
3.8 Demand-Side Management......Page 70
3.8.1 The USA Experience......Page 72
3.8.2 The UK Experience......Page 74
References......Page 77
4.1 Transport and the Economy......Page 78
4.2 The History of Transport......Page 80
4.3 Passenger Transport......Page 81
4.4 Energy Consumption and Transport......Page 83
4.4.1 Carbon Dioxide Emissions......Page 86
4.5 Oil......Page 87
4.6 Biofuels......Page 88
References......Page 89
5.1 Renewable Energy......Page 90
5.2 Solar Energy......Page 91
5.2.1 Solar Collectors......Page 93
5.2.2 Evacuated-Tube Collectors......Page 95
5.2.3 Photovoltaic Cells......Page 96
5.3 Wind Power......Page 97
5.3.1 Power Available in Wind......Page 98
5.3.2 Wind Turbines......Page 100
5.4 Power from Water......Page 102
5.4.1 Hydroelectric Power......Page 103
5.4.2 Tidal Power......Page 105
5.4.3 Wave Power......Page 106
5.4.4 Wave Power Converters......Page 107
5.5 Energy from Biomass......Page 108
Bibliography......Page 109
6.1 Introduction......Page 110
6.2 Annual Energy Consumption......Page 111
6.3 Normalized Performance Indicators......Page 112
6.4 Time-Dependent Energy Analysis......Page 117
6.5 Linear Regression Analysis......Page 119
6.5.1 Single Independent Variable......Page 120
6.5.2 Correlation Coefficients......Page 123
6.5.3 Multivariable Analysis......Page 124
6.6 CUSUM......Page 125
Bibliography......Page 130
7.1 Introduction......Page 131
7.2 Types of Energy Audit......Page 133
7.3 Why is Energy Wasted?......Page 134
7.4 Preliminary Energy Audits......Page 135
7.4.1 Electricity Invoices......Page 137
7.4.2 Natural Gas......Page 138
7.4.6 Site Records......Page 139
7.4.7 Data Analysis......Page 140
7.5 Comprehensive Energy Audits......Page 144
7.5.1 Portable and Temporary Sub-metering......Page 145
7.5.2 Estimating Energy Use......Page 146
7.6.1 Management and Operating Characteristics......Page 148
7.6.3 Plant and Equipment......Page 149
7.7 Recommendations......Page 150
7.8 The Audit Report......Page 151
Bibliography......Page 152
8.1 Introduction......Page 153
8.2 Fixed and Variable Costs......Page 154
8.3 Interest Charges......Page 155
8.4 Payback Period......Page 157
8.5.1 Net Present Value Method......Page 158
8.5.2 Internal Rate of Return Method......Page 161
8.6 Factors Affecting Analysis......Page 163
8.6.1 Real Value......Page 164
References......Page 165
Bibliography......Page 166
9.1 The Concept of Monitoring and Targeting......Page 167
9.2 Computer-Based M&T......Page 168
9.3.1 Data from Invoices......Page 169
9.3.2 Data from Meters......Page 170
9.4 Energy Targets......Page 171
9.5 Reporting......Page 172
9.6.1 League Tables......Page 173
9.6.2 Graphical Techniques......Page 174
9.7 Diagnosing Changes in Energy Performance......Page 176
9.8 Waste Avoidance......Page 178
9.9 Causes of Avoidable Waste......Page 179
9.10 Prioritizing......Page 180
Bibliography......Page 181
10.1 Introduction......Page 182
10.2 Thermal Comfort......Page 184
10.3 Building Heat Loss......Page 186
10.3.1 U Values......Page 187
10.3.2 Heat Loss Calculations......Page 193
10.4 Heating Energy Calculations......Page 199
10.5 Intermittent Heating......Page 203
10.6.2 Low-Emissivity Glazing......Page 205
10.7 Underfloor and Wall Heating......Page 206
10.8.1 Pipework Heat Loss......Page 207
10.8.2 Economics of Pipework Insulation......Page 210
10.9 Boilers......Page 212
10.9.1 Flue Gas Losses......Page 213
10.9.2 Other Heat Losses......Page 214
References......Page 215
Bibliography......Page 216
11.1 Introduction......Page 217
11.2 Recuperative Heat Exchangers......Page 218
11.3 Heat Exchanger Theory......Page 220
11.3.1 Number of Transfer Units (NTU) Concept......Page 224
11.4 Run-Around Coils......Page 227
11.5 Regenerative Heat Exchangers......Page 232
11.6 Heat Pumps......Page 236
Bibliography......Page 242
12.1 The CHP Concept......Page 243
12.2 CHP System Efficiency......Page 245
12.3.2 Gas Turbines......Page 247
12.3.3 Steam Turbines......Page 248
12.4 Micro-CHP Systems......Page 249
12.5 District Heating Schemes......Page 251
12.7 Operating and Capital Costs......Page 252
12.8 CHP Plant Sizing Strategies......Page 253
12.9 The Economics of CHP......Page 254
Bibliography......Page 260
13.1 The Impact of Air Conditioning......Page 261
13.2 Air-Conditioning Systems......Page 264
13.3 Refrigeration Systems......Page 267
13.4.1 Building Design Weaknesses......Page 270
13.4.2 Refrigeration System Weaknesses......Page 271
13.4.3 Air System Weaknesses......Page 272
13.5 Alternative Approaches......Page 273
13.6.1 Evaporators......Page 274
13.6.3 Compressors......Page 275
13.6.4 Expansion Devices......Page 276
13.6.5 Heat Recovery......Page 277
13.7 Splitting Sensible Cooling and Ventilation......Page 278
13.7.1 Ventilation......Page 280
13.8 Fabric Thermal Storage......Page 281
13.9 Ice Thermal Storage......Page 282
13.9.1 Control Strategies......Page 283
13.9.2 Ice Thermal Storage Systems......Page 284
13.9.3 Sizing of Ice Storage Systems......Page 286
13.10 Evaporative Cooling......Page 291
13.11 Desiccant Cooling......Page 292
13.11.1 Solar Application of Desiccant Cooling......Page 295
Bibliography......Page 296
14.1 Introduction......Page 297
14.2 Power Factor......Page 298
14.2.1 Effects of a Poor Power Factor......Page 299
14.2.2 Power Factor Correction......Page 301
14.3 Electric Motors......Page 302
14.4 Variable Speed Drives (VSD)......Page 303
14.4.1 Principles of VSD Operation......Page 306
14.5.1 Daylighting......Page 307
14.5.2 Lighting Definitions......Page 308
14.6.1 Average Illuminance......Page 311
14.6.3 Utilization Factor (UF)......Page 312
14.6.4 Maintenance Factor (MF)......Page 313
14.7.1 Lamps......Page 318
14.7.3 Lighting Controls......Page 321
References......Page 322
Bibliography......Page 323
15.1 Introduction......Page 324
15.2 Passive Solar Heating......Page 325
15.2.1 Direct Gain Techniques......Page 327
15.2.2 Indirect Gain Techniques......Page 329
15.2.4 Thermosiphon Systems......Page 330
15.3 Passive Solar Cooling......Page 331
15.3.1 Shading Techniques......Page 332
15.3.2 Solar Control Glazing......Page 333
15.3.3 Advanced Fenestration......Page 334
15.3.4 Natural Ventilation......Page 335
15.3.5 Thermal Mass......Page 339
15.3.7 Termodeck......Page 341
15.4 Building Form......Page 343
15.5 Building Operation......Page 345
References......Page 350
Bibliography......Page 351
A1.1 Heating Degree Days......Page 352
A1.3 Cooling Degree Days......Page 353
References......Page 355
Appendix 2: Pressure–enthalpy diagram for R22......Page 356
Appendix 3: CIBSE Psychrometric Chart......Page 358
INDEX......Page 360