Diagnostic radiology plays an important role in the assessment and treatment of neonates, mainly premature, requiring intensive care in the Special Baby Care Unit (SBCU), because they have highly mitotic state of their cells and thus they are more radiosensitive. It is often necessary to perform a large number of X-ray examinations depending upon the infant's birth-weight, gestational age and respiratory problems. It is therefore important to ensure that radiation doses from radiographic examinations carried out in neo-natal units are kept to a minimum while maintaining the quality of radiographic images in a high level. An optimization study on radiation dose and image quality in neonatal radiography is presented. Our sample consists of 135 neonatal radiographic examinations, which performed on 54 neonates. All examinations were performed using the same mobile unit and under manual exposure control. Neonates were categorized into four groups depending on birth-weight. ESD was estimated from the exposure parameters (kVp, mAs) and tube output and also with using of Dose-Area Product (DAP). For the evaluation of image quality, our sample consists of 195 images (75 screen film images, 60 CR images in printed form and 60 CR images in electronic form) were assessed by two observers and were based on the visibility of certain anatomical features using a five-grade scale. ESDoutput values increased with increasing weight and ranged from 16.8 μGy to 64.7 μGy, with a mean value of 36 μGy for all radiographs. Similarly, ESDDAP values ranged from 14.8 μGy to 48.5 μGy with a mean of 29 μGy. Analyzing, the mean ESD for CR images was found 34.8 μGy and for screen film images 36.9 μGy. ESD values for CR images have the same behavior as ESD values for SF images. However, the majority of the acquired values are lower than the proposed Dose Reference Levels by Commission of European Communities (CEC: 80 μGy) and National Radiological Protection Board (NRPB: 50 μGy). Image quality evaluation revealed the feasibility of achieving a diagnostically satisfactory image using both low and high tube voltage techniques, with the latter resulting in reduced ESDs. The results suggest that the use of high tube voltage techniques could result in further reductions in neonatal dose, without image quality degradation, underlying the requirement for establishing standard examination protocols for neonatal radiography with respect to neonatal weight. / Η Διαγνωστική ακτινολογία παίζει σημαντικό ρόλο στην αξιολόγηση και τη θεραπεία των νεογνών, κυρίως των πρόωρων, καθώς απαιτείται η εντατική φροντίδα τους στην Ειδική Μονάδα Φροντίδας Νεογνών, λόγω της μεγάλης μιτωτικής δραστηριότητας των κυττάρων τους και κατα συνέπεια της ακτινοευαισθησίας τους. Είναι συχνά απαραίτητο να πραγματοποιηθεί ένας μεγάλος αριθμός ακτινογραφικών εξετάσεων που εξαρτώνται από το βάρος γέννησης, την περίοδο κύησης και τα αναπνευστικά προβλήματα. Επομένως, είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί ότι οι δόσεις ακτινοβολίας από ακτινογραφικές εξετάσεις που πραγματοποιούνται σε μονάδες νεογνών περιορίζονται στο ελάχιστο, ενώ η ποιότητα των ακτινογραφικών εικόνων διατηρείται σε υψηλά επίπεδα. Μια μελέτη για τη βελτιστοποίηση της δόσης της ακτινοβολίας και της ποιότητας της εικόνας σε ακτινογραφίες νεογνών παρουσιάζεται παρακάτω. Το δείγμα μας αποτελείται από 135 ακτινογραφικές εξετάσεις νεογνών, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν σε 54 νεογνά. Όλες οι εξετάσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας την ίδια φορητή ακτινογραφική μονάδα και με χειροκίνητο έλεγχο έκθεσης. Τα νεογνά ταξινομήθηκαν σε τέσσερις ομάδες ανάλογα με το βάρος γέννησης. Η Επιφανειακή δόση (ESD) εκτιμήθηκε από τις παραμέτρους της έκθεσης (kVp, mΑs), αλλά και με τη χρήση του DAP. Για την αξιολόγηση της ποιότητας της εικόνας, το δείγμα αποτελούνταν από 195 εικόνες (75 συμβατικές, 60 ψηφιακές (CR) σε έντυπη μορφή και 60 ψηφιακές εικόνες (CR) σε ηλεκτρονική μορφή) οι οποίες αξιολογήθηκαν από δύο παρατηρητές και βασίστηκαν στην ορατότητα ορισμένων ανατομικών χαρακτηριστικών χρησιμοποιώντας μια πενταβάθμια κλίμακα. Οι ESDoutput τιμές αυξάνονται με την αύξηση του βάρους και κυμαίνονται από 16.8μGy σε 64.7μGy, με μέση τιμή 36μGy για όλες τις ακτινογραφίες. Ομοίως, οι ESDDAP τιμές κυμαίνονται από 14.8 μGy σε 48.5 μGy, με μέση τιμή 29 μGy. Αναλυτικά, η μέση τιμή ESD για τις ψηφιακές (CR) εικόνες βρέθηκε 34.8μGy και για τις συμβατικές 36.9μGy. Η ESD για CR εικόνες έχει στατιστικά την ίδια συμπεριφορά με την ESD για SF εικόνες. Η πλειοψηφία των αποκτηθέντων τιμών είναι χαμηλότερες από τα Διαγνωστικά Επίπεδα Αναφοράς που έχουν προταθεί από την Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Ένωσης (CEC: 80μGy) και το National Radiological Protection Board (NRPB: 50μGy) για προσθοπίσθιες ακτινογραφίες θώρακος νεογνών. Η αξιολόγηση της ποιότητας της εικόνας αποκάλυψε την δυνατότητα επίτευξης μιας διαγνωστικά ικανοποιητικής εικόνας χρησιμοποιώντας τόσο χαμηλές όσο και υψηλές τάσεις, με τις τελευταίες να οδηγούν σε μείωση των επιφανειακών δόσεων (ESDs). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η χρήση τεχνικών υψηλής τάσης μπορούν να οδηγήσουν σε περαιτέρω μείωση των δόσεων στα νεογνά, χωρίς να υποβαθμίζεται η ποιότητα της εικόνας, τα οποία βασίζονται στην απαίτηση καθορισμού τυποποιημένων πρωτοκόλλων εξέτασης για ακτινογραφίες σε νεογνά σε σχέση με το βάρος τους.

Objective of the present work is the deep study of the manufacturing systems in terms of energy efficiency. Manufacturing enterprises have to reduce energy consumption for both cost saving and environmental friendliness, finding new ways to produce more with less. As a first step, clear definitions for the energy efficiency are provided, in order to successfully include this significant key performance indicator into the manufacturing decision-making attributes. These definitions are used in order to develop a generalized and holistic approach towards manufacturing energy efficiency. The basic element of the approach is the division of energy efficiency definition and study into four manufacturing levels, namely process, machine, production line, and factory. Process-level definitions are provided for the majority of manufacturing processes. A machine-level study indicates and solves difficulties, generated by the workpiece geometry, and points out the interaction with the process level through factors, such as the process time. Moreover, machine tool peripherals are responsible for a significant portion of the consumed energy. Classification of the machine peripherals, based on the dependence of their consumption on process variables, is required. Studies made on the production line and factory levels show that energy efficiency, at these levels, is heavily dependent on production planning and scheduling and can be improved through the appropriate utilization of machines, with the inclusion of shutdown and eco-modes. All the methods developed for each of the manufacturing levels are verified with appropriate case studies. Moreover, a holistic case study is presented, showing that many of the difficulties towards the optimization of energy efficiency can be dealt with successfully, using the proposed generalized approach. The implementation of the method in a software platform is presented. The tool is industrially evaluated using three case studies from three different industrial sectors (i.e. aeronautics, automotive and household). The evaluation of the presented case studies clearly reveals the usefulness and efficiency of the suggested approach validating its applicability to real industrial environments. This prototype information technology decision support tool can assist the manufacturing sector towards energy and eco-efficiency, within the context of a multi-objective optimization procedure, incorporating traditional metrics (i.e. time, cost, flexibility and quality), interacting with the machine monitoring systems. / Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστημάτων παραγωγής. Η αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας, προσφέρει μείωση του κόστους παραγωγής και των βλαβερών επιπτώσεων στο περιβάλλον. Αρχικά, παρέχονται ορισμοί για την ενεργειακή αποδοτικότητα, προκειμένου να συμπεριληφθεί και αυτός o σημαντικός δείκτης στα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων (δηλαδή το χρόνο, το κόστος, την ευελιξία και την ποιότητα). Οι ορισμοί αυτοί χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη μιας γενικευμένης και ολιστικής μεθοδολογίας ως προς την αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας στα συστήματα παραγωγής. Το βασικό στοιχείο της μεθόδου είναι ο διαχωρισμός του ορισμού της ενεργειακής απόδοσης και της μελέτης του σε τέσσερα ιεραρχικά επίπεδα, ξεκινώντας από την διεργασία, τη εργαλειομηχανή, τη γραμμή παραγωγής και την μονάδα παραγωγής. Ορισμοί στο επίπεδο της διεργασίας, παρέχονται για την πλειονότητα των κατηγοριών των μηχανουργικών διεργασιών. Στο επίπεδο της εργαλειομηχανής μελετώνται οι διαφορές που προκύπτουν από την γεωμετρία του προϊόντος, και επισημαίνονται οι αλληλεπιδράσεις με το επίπεδο της διεργασίας μέσω παραγόντων, όπως ο χρόνος διεργασίας. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι τα περιφερειακά των εργαλειομηχανών είναι υπεύθυνα για ένα σημαντικό μέρος της καταναλισκόμενης ενέργειας. H ενεργειακή κατάταξη των περιφερειακών των εργαλειομηχανών, με βάση την εξάρτηση της κατανάλωσης τους από παραμέτρους της διεργασίας, είναι απαραίτητη. Μελέτες στα επίπεδο της γραμμής παραγωγής και της μονάδας παραγωγής, δείχνουν ότι η ενεργειακή αποδοτικότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον χρονοπρογραμματισμό της παραγωγής και μπορεί να βελτιωθεί με την κατάλληλη αξιοποίηση των εργαλειομηχανών, συμπεριλαβαίνοντας τον τερματισμό της λειτουργιάς αυτών ή τη χρήση οικολογικών λειτουργιών (eco-modes). Όλες οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν για τα επίπεδα παραγωγής επαληθεύονται με μελέτες εφαρμογής. Για την υλοποίηση της μεθόδου αναπτύχθηκε λογισμικό το οποίο αξιολογήθηκε σε τρεις διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς με σημαντικά αποτελέσματα. Αυτό το πρωτότυπο εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων μπορεί να βοηθήσει στην μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης χρησιμοποιώντας πολύ-παραγοντική βελτιστοποίηση, λαμβάνοντας υπόψιν την ενεργειακή αποδοτικότητα μαζί με τα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων αλληλοεπιδρώντας με τα συστήματα παρακολούθησης των εργαλειομηχανών.

Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. / In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU’s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pV’s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV’s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings.