京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21424号 / 工博第4534号 / 京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻 / (主査)教授 吉田 英生, 教授 黒瀬 良一, 准教授 岩井 裕, 教授 江口 浩一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Denna studie är utförd på uppdrag av DGL AB. Syftet var att utreda varför temperaturen inte sjunker till önskad nivå i två olika kylrum vilka används för nedkylning och förvaring av färdigförpackade livsmedel. Arbetet genomfördes med hjälp av förlustberäkningar samt temperaturmätningar för att kunna identifiera och uppskatta storlek samt procentuella skillnader på olika förlustfaktorer. Praktiska mätningar på plats utgjorde underlag för de resultat som redovisas i arbetet. Kyleffektbehov har beräknats och baserats på företagets maximala produktion av färdig vara per dygn. I resultaten framkom att kylmaskinens effekt var väl dimensionerad men att kylelementens kapacitet i kylrummen var för låg med tanke på mängden förluster. Studien resulterade i förslag på minskning av transmissionsförluster genom isolering av väggar och tak i respektive kylrum samt även isolering av kylvattentanken belägen i kylrum 2. Rengöring av kylelementens flänsar, komplettering eller byte till andra mer effektavgivande kylelement var ytterligare förslag på åtgärder. / This study is conducted on behalf of DGL AB. The purpose was to investigate why the temperature does not drop to the desired level in two different cooling storages whom are used for cooling and storing of prepackaged groceries. The project was carried out with the help of loss calculations and temperature measurements to identify and estimate size as well as percentage differences in different loss factors. The sites measurements outlined the basis for this project. The cooling effect requirement is calculated based on the company's actual maximum production amount per day. The results showed that the effect of the cooling unit is oversized, however the cooling radiators capacity was too low considering the amount of losses. The outcome of the study suggest a decrease in thermal transmission losses through isolation of walls and ceilings in each of the cooling storages as well as isolation of the cooling water tank located in cooling storage 2. Cleaning of the cooling radiators flanges, supplementing or replacing with other cooling radiators that has more power output was additional suggestions to the result.

Växtväggen i byggnaden på Teknikringen 78A var en utgångspunkt i detta examensarbete där ett samarbete mellan KTH, Vertical plants system och examenstagare skedde. Arbetet gick ut på att undersöka växtväggen och studera olika påverkande faktorer. I dagsläget är det väldigt många faktorer och grundkällor som påverkan miljön vi lever i, inom byggbranschen sker dagligen utsläpp av farliga föroreningar som påverkar miljön och försvagar naturen. Av detta skäl valdes en miljövänlig alternativ lösning att studeras, nämligen växtväggar inomhus. För att ge en enkel förståelse för läsaren av rapporten har arbetet börjats med en internationell jämförelse mellan tre ledande företag inom området för växtväggar vars unika system undersöktes. Dessa tre var Nedlaw, Naava och Vertical Plants System AB. Därefter studerades olika miljöcertifieringssystem från SGBC och valet hamnade på BREEAM-SE. BREEAM-SE ett system som behandlar frågor inom såväl energianvändningen och inomhusluftkvalitet som är två betydande faktorer som påverkas av en växtvägg. Studien gick ut på att undersöka olika indikatorer inom områden och växtväggens förmåga att bidra vid poänggivning vid certifiering av en byggnad. Vidare gjordes en djupgående studie på kyleffektbehovet i byggnaden på Teknikringen 78A med olika mätvärde från företaget som monterade växtväggen i byggnaden samt fastighetsägaren Akademiska hus. Med hjälp av mätvärden kunde en slutsats dras om att växtväggar verkligen har ett märkbart kyleffektbidrag i byggnaden som i sin tur medförde en sänkning av kyleffektbehovet med minst ca 10% utan fläkt och ca 20% med fläkt. Därtill presenterades resonemanget om sänkning av ventilationsrörens dimension i byggnaden för att undersöka om man kan få ut ekonomiska- och miljöbesparingar med hjälp av en växtvägg eller inte. Resultatet visade att man kan spara upp till 36%. Slutligen utfördes en studie på alla för- och nackdelar av växtväggar inomhus med huvudfokus på växternas miljö- och hälsoeffekt i allmänhet. Detta gjordes mot bakgrunden att det faktiskt saknas tillgång till en detaljerad information och kunskap om växtväggar trots stor efterfråga i marknaden. Resultatet av studien visade att växter i sig innehåller många fördelar på det fysiska och psykiska hälsan, miljön och på samhället i stort. Tillika visade det sig att en växtvägg uppfyller en betydande estetisk funktion i en lokal. Rapporten avslutades med en sammanställning av alla resultat kring de olika delarna som presenterades i arbetet. Slutligen visade det sig att en växtvägg är en livslång investering på hälsan och miljön som bör beaktas oftare och bli större inom en bransch som denna då bygg står för utsläpp av många miljögifter. / The plant wall in the building at Teknikringen 78A was a starting point for this project, where collaboration between KTH, Vertical plants and examiners took place. The main focus was about exploring the plant wall and studying various influencing factors. There are many factors and sources that affect the environment we live in. Within the construction industry, daily emissions of hazardous pollutants affect the environment and diminish nature. For this reason, an environmentally friendly alternative solution like indoor plant walls was chosen to be studied. To provide a simple understanding for the reader of this report, work has begun with an international comparison of three leading companies in the field of plant walls whose unique systems were investigated. These three were Nedlaw, Naava and Vertical Plants System AB. Thereafter, various environmental certification systems were studied from the SGBC and the choice ended at BREEAM-SE. BREEAM-SE is a system that treats areas such as energy and indoor air quality issues, which are two significant factors influenced by a plant wall. The study was about investigating different indicators in areas and the plant wall's ability to contribute to scoring for the certification of a building. In addition, a thorough study of the cooling efficiency requirement was made in the building at Teknikringen 78A with different measurement values from the company that mounted the plant wall in the building and the property owner Akademiska hus. Using measurements, a conclusion could be drawn that plant walls really have a noticeable cooling effect contribution in the building, which in turn resulted in a reduction of the cooling efficiency requirement by at least about 10% without fan and about 20% with fan. In addition, the reasoning was presented about reducing the ventilation pipes dimension in the building to investigate whether or not to obtain economic and environmental savings using a plant wall. The result showed that you can save up to 36%. Finally, a study was conducted on all the benefits and cons of indoor plant walls, with focus on the environmental and health effects of the plants in general. This was done by the fact that there is actually no access to detailed information and knowledge of plant walls despite high demand in the market. The result of the study showed that plants in themselves contain many benefits to physical and mental health, the environment and society. Additionally, it appeared that a plant wall fulfills a significant aesthetic function in a local area. This report was completed with a summary of all results about the various parts presented above. Finally, it turned out that a plant wall is a lifelong investment in health and the environment and should be considered more often and become larger in an industry like this, since buildings branch is a brunch were a lot of emissions released into the environment.

Floating solar technology is relatively new, and it comes with its own set of challenges and opportunities. This master thesis focuses on understanding how Floating Photovoltaic (FPV) projects perform compared to Ground-Based Photovoltaic (GPV) projects, in specific weather conditions. The following work is based on a case study: a floating power plant run by Akuo Energy, where sensors have been installed in order to measure the evolution of relevant physical and weather parameters on-site. Akuo Energy is a French independent renewable energy producer and developer founded in 2007. The company specializes in the development, financing, construction, and operation of renewable energy projects, including wind, solar and storage power plants. It is committed to producing clean, affordable, and reliable energy while promoting sustainable development and supporting local communities. The thesis is conducted within the Solar Technology Team, which centralizes the solar expertise of the company and implements innovative technologies to improve their Photovoltaic (PV) projects’ performances. As the number of FPV projects increases, the team raised the need for better evaluation of their performance compared to a standard GPV project, in terms of output power and energy yield. As it appears in the literature, FPV installations can differ from GPV, due to different operating conditions: power plant designs, module cooling, weather conditions, or degradation rates. These parameters need to be taken into account in the expected energy yield analysis, especially module cooling, since operating temperature has a proved impact on module efficiency. Today, technological and economic considerations on FPV specific design are therefore essential. However, the main solar projects development software PVsyst used at Akuo Energy does not include a default floating solar library. Experimental measurements are a good starting point for understanding how the numerical model needs to evolve to adapt to the FPV system. By examining a practical case and processing historical data, insights on FPV systems and how weather affects their efficiency can be provided. The objective of this thesis is then to better model the FPV array thermal losses due to the cooling effect and better estimate the yield for future Akuo Energy FPV projects during the development phase. / Flytande solteknik är relativt ny och kommer med sina egna utmaningar och möjligheter. Denna masteruppsats fokuserar på att förstå hur FPV-projekt presterar jämfört med GPV-projekt, under specifika väderförhållanden. Följande arbete är baserat på en fallstudie: ett flytande kraftverk som drivs av Akuo Energy, där sensorer har installerats för att mäta utvecklingen av relevanta fysiska parametrar och väderparametrar på plats. Akuo Energy är en fransk oberoende producent och utvecklare av förnybar energi som grundades 2007. Företaget är specialiserat på utveckling, finansiering, konstruktion och drift av projekt för förnybar energi, inklusive vind-, sol- och lagringskraftverk. Det är engagerat i att producera ren, prisvärd och pålitlig energi samtidigt som man främjar hållbar utveckling och stödjer lokala samhällen. Examensarbetet genomförs inom Solar Technology Team, som centraliserar företagets solexpertis och implementerar innovativa teknologier för att förbättraderas PV-projekts prestanda. När antalet FPV-projekt ökar, tog teamet upp behovet av bättre utvärdering av deras prestanda jämfört med ett standard GPV-projekt, vad gäller uteffekt och energiutbyte. Som det framgår av litteraturen kan FPV-installationer skilja sig från GPV på grund av olika driftsförhållanden: kraftverkskonstruktioner, modulkylning, väderförhållanden, eller nedbrytningshastigheter. Dessa parametrar måste beaktas ta hänsyn till den förväntade energiutbytesanalysen, särskilt modulkylning, eftersom driftstemperaturen har en bevisad inverkan på modulens effektivitet. Idag är därför tekniska och ekonomiska överväganden om FPV specifik design viktiga. Emellertid innehåller den huvudsakliga utvecklingsmjukvaran PVsyst för solenergiprojekt som används på Akuo Energy inte ett flytande solcellsbibliotek som standard. Experimentella mätningar är en bra utgångspunkt för att förstå hur den numeriska modellen behöver utvecklas för att anpassa sig till FPV-systemet. Genom att undersöka ett praktiskt fall och bearbeta historiska data kan insikter om FPV-system och hur vädret påverkar deras effektivitet ges. Syftet med denna avhandling är sedan att bättre modellera FPV-matrisens termiska förluster på grund av kyleffekten och bättre uppskatta avkastningen för framtida Akuo Energy FPV-projekt under utvecklingsfasen.

Spaces with high occupancy density like classrooms are challenging to ventilate and use a lot of energy to maintain comfort. Usually, a compromise is made between low energy use and good Indoor Environmental Quality (IEQ), of which poor IEQ has consequences for occupants’ health, productivity and comfort. Alternative strategies that incorporate elevated air speeds can reduce cooling energy demand and provide occupant’s comfort and productivity at higher operative temperatures. A ventilation strategy, Intermittent Air Jet Strategy (IAJS), which optimizes controlled intermittent airflow and creates non-uniform airflow and non-isothermal conditions, critical for sedentary operations at elevated temperatures, is proposed herein. The primary aim of the work was to investigate the potential of IAJS as a ventilation system in high occupancy spaces. Ventilation parameters such as air distribution, thermal comfort and indoor air quality are evaluated and the system is compared with a traditional system, specifically, mixing ventilation (MV). A 3-part research process was used: (1) Technical (objective) evaluation of IAJS in-comparison to MV and displacement ventilation (DV) systems. (2) An occupant response study to IAJS. (3) Estimation of the cooling effect under IAJS and its implications on energy use. All studies were conducted in controlled chambers. The results show that while MV and DV creates steady airflow conditions, IAJS has  cyclic airflow profiles which results in a sinusoidal temperature profile around occupants. Air distribution capability of IAJS is similar to MV, both having a generic local air quality index in the occupied zone. On the other hand, the systems overall air change rate was higher than a MV. Thermal comfort results suggest that IAJS generates comfortable thermal climate at higher operative temperatures compared to MV. Occupant responses to IAJS show an improved thermal sensation, air quality perception and acceptability of indoor environment at higher temperatures as compared to MV. A comparative study to estimate the cooling effect of IAJS shows that upper HVAC setpoint can be increased from 2.3 – 4.5 oC for a neutral thermal sensation compared to a MV. This implies a substantial energy saving potential on the ventilation system. In general, IAJS showed a potential for use as a ventilation system in classrooms while promising energy savings. / Lokaler där många människor vistas, som t.ex. klassrum, är ofta svåra att ventilera. Att upprätthålla en bra termisk komfort kräver en hög energianvändning. Vanligtvis blir det en kompromiss mellan låg energianvändning och bra kvalitet på inomhusmiljön (IEQ). Dålig IEQ får konsekvenser för människors hälsa, produktivitet och komfort. Alternativa ventilationsstrategier, som använder förhöjda lufthastigheter, kan minska kylbehovet och därmed energianvändningen. I denna avhandling utvärderas en ny ventilationsstrategi, Intermittenta luftstrålar (IAJS), där korta perioder med hög lufthastighet genererar en svalkande effekt, när rummets temperatur upplevs som för hög. Det primära syftet med arbetet var att undersöka potentialen hos IAJS som ett ventilationssystem för klassrum, där den termiska lasten ofta är hög. Strategin jämförs mot traditionella ventilationsprinciper som omblandande ventilation (MV) och deplacerande ventilation (DV). Parametrar som luftdistributionsindex, termisk komfort, luftkvalitet och energibesparing har utvärderats. Alla studier utfördes i klimatkammare. Resultaten visar att medan MV och DV skapar konstanta luftflödesförhållanden genererar IAJS cykliska hastighetsprofiler samt en sinusformad temperaturvariation i vistelsezonen. IAJS klarar att bibehålla ett bra termiskt klimat vid högre operativa temperaturer jämfört med MV. I en jämförelse med ett traditionellt HVAC-system visar beräkningar  att dess börvärde kan höjas från 2.3 till 4.5 °C med bibehållen termisk komfort. Detta indikerar en avsevärd energibesparingspotential vid användande av IAJS.

Avfallseldade kraftvärmeverk får idag betalt för att ta emot och elda avfall. Dessa intäkter är ofta högre än intäkterna från elproduktion och värmeproduktion så man vill under de flesta förhållanden elda så mycket som det är möjligt. För att göra sig av överskottseffekten som kan uppstå kyler man bort det man inte behöver. Nybro Energis kraftvärmeverk i Transtorp använder sig utav 6 stycken kylpaket med 4 fläktar på varje för att kunna kyla bort denna överskottseffekt. Vid installeringen var målsättningen att kunna kyla bort 10MW men det visade sig att under sommaren när utomhustemperaturen blev högre kunde kyleffekten gå ner till 7MW. Vår undersöknings syfte var att med en ny motor med ett högre cos α göra tester på en av fläktarna och se om man kan öka kyleffekten och få ner förbrukningen på motorerna utan att kylpaketen ska ge ifrån sig högre ljudnivåer än tidigare. Ett alternativ till att enbart sänka strömförbrukningen för den befintliga motorn är att faskompensera och det framgick att elförbrukningen gick att sänka från 8.2A till 3.88A. Det framgick att den nya motorn när den frekvensstyrs på 40hz drar högre aktiv effekt men avsevärt mindre reaktiv effekt som gör den billigare i drift. Under mätningarna för att få fram kyleffekten uppmättes tvivelaktiga värden som visade att den kylde sämre på 40hz än den tidigare motorn trots ett högre varvtal. Detta stämmer inte teoretiskt och det är orimligt att den inte kommer kyla. På 40hz kommer den nya motorn även att ge ifrån sig mindre ljud. Detta trots att en fläkt ska låta mer på ett högre varvtal det konstaterades att bullret från själva motorn är lägre i den nya motorn. Går man upp i frekvens till 50hz och räknar med 28 stycken nya motorer få man en ljudökning på 5dB på 300m jämfört med den gamla motorn. Denna går att sänka 3dB om man lyckas eliminera den intilliggande väggens ljudreflekterande egenskaper. Den nya motorn rekommenderas då den har många fördelar och vill man köra på högre frekvenser kan man med fördel använda sig utav ljudabsorbenter längs väggen för att eliminera dennas dubblerande effekt på ljudnivån. / Waste-cogeneration plants are paid today to receive and burn waste. These revenues are often higher than the revenues from electricity generation and heat production, so you want to burn as much as possible in most circumstances. In order to take advantage of the surplus effect that may occur, it eliminates what you do not need. Nybro Energi's CHP plant in Transtorp uses 6 cooling packs with 4 fans on each in order to cool off this excess power. During installation, the goal was to be able to cool off 10MW but it turned out that during summer when the outdoor temperature became higher, the cooling power could go down to 7MW. Our purpose of investigation was to use a new engine with a higher cos α to test on one of the fans and see if you can increase the cooling power and reduce the consumption of the engines without the cooling packages giving higher noise levels than before. An alternative to only reducing the current on the old motor is to phase compensate and according to calculations the motors current can be reduces from 8.2A to 3.88A. It was found that the new engine when frequency controlled at 40hz pulls higher active power but significantly less reactive power that makes it cheaper in operation. During the measurements to obtain the cooling effect, doubtful values ​​were measured which showed that it cooled worse at 40hz than the previous engine despite a higher fan speed. This is not correct theoretically and it is unreasonable that it will not cool better but a figure exactly how much could not be produced. At 40hz, the new engine will also produce less noise if you choose to replace all 28 engines. This despite the fact that a fan is going to run more at a higher speed, it was found that the noise from the engine itself is lower in the new engine. If you go up to 50hz frequency and expect 28 new engines, you'll get a sound boost of 5dB at 300m compared to the old engine. This can be lowered by 3dB if you manage to eliminate the properties of the adjacent wall sound reflectors. The new engine is recommended as it has many advantages and if you want to drive at higher frequencies, you can advantageously use sound absorbers along the wall to eliminate its double effect on the noise level.

Arbetet baseras på en kylanläggning som installerats på ett biogas företag, som till en början var tänkt som ett pilotprojekt men som nu används fullt ut i anläggningen. Projektet var inte utvärderat eller dokumenterat och vilken effekt som överförs var obekant. Arbetets innebörd var att beräkna effekten samt dokumentera systemet i form av både beräkningar, ritning och eventuella effektiviserings områden. Beräkning gjordes via entalpi skillnaden som togs ut över involverade värmeväxlare, samt flödet som togs ut via en reglerventil med hjälp av ett mätinstrument. Ritning gjordes via programmet Visio utifrån anläggningens nuvarande konstruktion. Resultatet för kyleffekten som överfördes beräknades fram via flöde och entalpi, med resultatet 14,03kW över båda värmeväxlarna. Även beräkning på vad en potentiell förbättring av isolering i rörsystemet skulle kunna bidra med där utifrån beräkningarna skulle energibesparingen kunna fördubblas gentemot nuvarande. / The work is based on a cooling plant installed at a biogas company, which was initially intended as a pilot project but is now fully used in the plant. It is not evaluated or documented and how much power is transmitted is unknown. The meaning of the work is to find out the effect and document the system in the form of both calculations, drawing and any areas of efficiency. Calculation was made via enthalpy the difference that was taken out over the heat exchangers involved, as well as the flow that was taken out via a control valve with the help of a measuring instrument. Drawing was made via the Visio program based on the facility's current design. The result for the cooling power that was transferred was calculated via flow and enthalpy, where the result was 14.03 kW over both heat exchangers. Calculation of what a potential improvement of insulation of the pipe system could contribute, based on the calculations, the energy savings could be doubled compared to the current one.