Ytliga bergkonstruktioner blir allt mer vanligt i samhället för att tillgodose alternativa lösningar på infrastruktur vilket möjliggör förtätning vid markytan. Spänningssituationen nära markytan kan vara mycket komplicerad vilket ger upphov till att både strukturella och spänningsinducerade brott kan förekomma i bergkonstruktioner på grunda djup i Skandinavisk berggrund.  I examensarbetet har det mekaniska beteende som leder till vertikala deformationer av sulan hos en ytligt belägen bergkonstruktion i hårt berg studerats med hjälp av det finita elementprogrammet RS2. Bergkonstruktionen som har studerats i den finita elementmodellen är ett bergrum med en spännvidd på 20 meter och den totala höjden är 15 meter. I studien utreds hur den primära spänningssituationen, bergmassans egenskaper och spännvidden av bergrummet påverkar de vertikala deformationerna.  Det förväntade deformationsbeteende som orsakas av respektive nyckelparameter beskrivs med hjälp av en konceptuell modell. Materialparametrarna för den finita elementmodellering är antagna utifrån tillhandahållen fält- och laboratoriedata. För att skilja på vad som händer om bergmassan i sulan går till brott eller inte används en linjärelastisk materialmodell och en elastisk-spröd materialmodell med Hoek \& Browns brottvillkor. Residualparametrarna vid den elastiska-spröda materialmodellen bestäms genom att reducera bergmassans GSI-värde. Vidare har en känslighetsstudie genomförts med avseende på nyckelparametrarna, initiala bergspänningar, spännvidd och bergmassans egenskaper - vilka är det intakta bergets enaxiella tryckhållfasthet $\sigma_{ci}$ och GSI-värdet. Känslighetsstudien resultat visar på att bergmassans GSI-värdet av är den faktorn som påverkar storleken av de vertikala deformationerna mest. Resultatet av modelleringen visar även att om brott uppstår i bergrummets sula initieras brottet i en avlastad zon nära bergrummets vägg och utvecklas därefter progressivt till en sammanvuxen brottzon i bergmassan under sulan. Vid brott ökar de storleken på de vertikala deformationerna mycket, där ett lågt GSI-värde och höga horisontella spänningar kan leda till relativt stora magnituder av deformationer. Resultatet visar även på att ett område av bergmassan under bergrummets sula utsätts för vertikala deformationerna. Storleken på deformationerna är som största nära sulan och avtar sedan med djupet, vilket ger upphov till deformationsdifferenser och i sin tur töjningar i bergmassan. För den elastiska materialresponsen blir utbredningen av området som utsätts för de vertikala deformationerna betydligt större än om bergmassan går till brott. Däremot utsätts det plasticerade området för betydligt större deformationsdifferenser då den vertikala deformationsavtagningen endast sker inom den plasticerade området.

No description available.

Reinjection of spent geothermal fluids has become common practise in geothermal power plants. Reinjection can, despite being mostly beneficial, have unwanted effects such as cooling of nearby production wells and injection-induced earthquakes. Tracer tests, along with their modeling and interpretation, are important tools for monitoring the flow paths of the injected water and to predict reservoir cooling. Knowledge of flow paths in the system allows for better resource management and a more sustainable utilization. A simulation model of the Húsmúli reinjection zone in the Hellisheiði Geothermal Power Plant in SW-Iceland was developed using the TOUGH2 program. Its hydrological parameters, porosity and permeability, were calibrated using results from an extensive tracer test carried out in the area in 2013-2015. The aim of the simulations was to obtain better understanding of the flow paths in Húsmúli since, despite fast tracer recovery in production wells in the area, hardly any cooling has been observed in those production wells. The results show that the tracer recovery can be modelled by means of permeable flow channels within the medium. Good results for tracer arrival and concentration peaks were obtained both by assuming a single wide channel and several narrower ones. The parameters that gave the best fit for the single channel model were permeability of 5·10-12 m2 and porosity ranging from 0.2%–3%. For the multi-channel model they were 1·10-12 m2 and 0.2%–3.5%, respectively. The high permeability and low porosity in the channels make for an abstract representation of fractured zones within the medium. Greater cooling was seen with the single-channel modelling approach than with the multiple narrower channel approach, the latter showing hardly any cooling in the production elements during the simulation time. This indicates that the flow paths are more likely multiple channels consisting of fracture networks. The simulations show that the flow paths are lengthened by sinking of the fluid to greater depth because of the higher density of the colder injected water. This implies that the injected fluid is warmed up by contact with a larger volume of rock, causing a limited and delayed cooling effect. / Geotermisk energi anses vara en förnybar och miljövänlig energikälla. Som sådan, kan den spela en viktig roll för att minska utsläppen av växthusgaser från energisektorn över hela världen och genom det bekämpa antropogena klimatförändringar. Geotermiska kraftverk extraherar het vätska från berggrunden, separerar ångan från vätskan och använder sedan ångan för att driva turbiner som genererar elektricitet. Injektion av använd geotermisk vätska från kraftverk har blivit vanligt i den geotermiska industrin för att kassera använd geotermisk vätska, upprätthålla systemtrycket och öka produktionseffektiviteten. Återinjektion av nedkyld vätska kan, trots att den är mestadels fördelaktig, ha oönskade effekter, såsom kylning av närliggande produktionsbrunnar och injektionsinducerad seismisk aktivitet. Spårprov, som möjliggör spårning av en kemikalie inom systemet, tillsammans med modellering, är viktiga verktyg för att förstå flödesvägarna för det injicerade vattnet samt att kunna förutsäga nedkylningar av vattenmagasin. Kunskap om flödesvägar i systemet möjliggör bättre resurshantering och ett mer hållbart användande. En simuleringsmodell av återinjektionszonen för det geotermiska kraftverket Hellisheiði på sydvästra Island, Húsmúli, utvecklades med hjälp av simuleringsprogrammet TOUGH2. Dess hydrologiska parametrar, permeabilitet och porositet, kalibrerades med hjälp av resultat från ett omfattande spårtest som utfördes i området 2013-2015. Syftet med simuleringarna var att få en bättre förståelse av flödesvägarna i Húsmúli. Detta er inressant eftersom trots en snabb återhämtning av spårämne i produktionsbrunnar, har knappt någon kylning observerats i området. Resultaten visar att återhämtningen av spårämnet inte kan modelleras med ett homogent medium, men kan istället modelleras genom att bygga permeabla strömningskanaler inom mediet. Goda resultat för spårämnesankomst och koncentrationstoppar erhölls både genom att använda en enda bred kanal och flera smalare. Kanalerna ger en abstrakt representation av sprickzoner inom mediet. Större kylning observerades för modelleringsmetoden med en enkel bred kanal än med flera smalare kanaler. Detta indikerar att flödesvägarna i området troligtvis går genom flera sprickzoner. Flödesvägarna förlängs genom att vätskan sjunker till ett större djup på grund av den högre densiteten hos det injicerade vattnet. Detta innebär att den injicerade vätskan värms upp genom kontakt med en större volym berg, vilket medför en begränsad och fördröjd kylningseffekt.

One of the most crucial issues nowadays is the protection of the environment and the replacement of fossil fuels, which are abundantly used around the world, with more efficient and renewable sources. The highest portion of global energy demands today is used in heating and cooling purposes. One way of alleviating the fossil-based thermal energy uses is to harvest excess thermal energy using thermochemical storage materials (TCMs) for use at heating/cooling demands at different times and locations. Along this, in this master’s thesis, a bench-scale thermochemical heat storage (TCS) system is numerically designed, as a part of a collaborative project: Neutrons for Heat Storage (NHS), funded by Nordforsk. The TCS system that is designed herein employs the reversible chemical reaction of ammonia with a metal halide (MeX) for a heat storage capacity of 0.5 kWh, respectively releasing and storing heat during absorption and desorption of ammonia into and from the MeX. This system is designed for low temperature heat applications, around 40-80 °C. SrCl2 is chosen as the metal halide to be used, based on the research outcomes in determining the most suitable materials conducted by NHS project partners. In the ammonia-SrCl2 system, only the absorption and desorption between SrCl2∙NH3 and SrCl2∙8NH3 are considered. The main reason is because absorption/desorption between the last ammine and SrCl2 undergoes at a significantly higher/lower reaction pressure (for a given temperature), with a significant volume change compared to the rest of the ammines, and therefore is practically less cost effective. This thesis also includes a detailed discussion of four different thermochemical storage designs from literature, found as the most relevant to the present TCS system study, which use the reaction between ammonia and metal halides. The first system that was examined is a TCS system built by the NHS project partners at Technical University of Denmark (DTU), owing to its similarities with the desired project, regarding the design and parameters the system uses. This system works in batch mode, only allowing either absorption (i.e. heat release) or desorption (i.e. heat storage) at a given cycle. Thus, upgrading the design of this TCS system at DTU is considered as a most-likely solution to the research objectives of this current thesis project. Moreover, the TCS system at DTU uses storage conditions and desorption temperature similar to the current project’s desired low temperature range of 40-80 °C. The second system discussed herein from literature uses two reactors for cold and heat generation, which means that both charging and discharging processes occur simultaneously. This simultaneous operability is the main reason that this particular system was examined in this thesis. The next discussed system from literature also uses two reactors, for absorption and desorption processes, which work reversibly when each process is completed, like in the desired concept of this project. These two systems (i.e., the secondly and the thirdly discussed systems) use the reversible solid-gas reaction for absorption and desorption between SrCl2∙NH3 and SrCl2∙8NH3, however, the conditions of pressure and temperature between them differ. The second system from literature operates at desorption and absorption at respective conditions of 96 °C, 15 bar and 87 °C, 11 bar while the third system discussed operates at 103 °C, 16 bar and 59 °C, 3 bar during desorption and absorption respectively. The last system from literature that is discussed herein provides the same desorption temperature of 80 °C. Inaddition this particular study suggests that the reaction of solid with gaseous NH3 is better (than the solid with liquid NH3 reaction) based on results derived from several different low-pressure experiments of the reactions. The main differences between all these discussed systems from literature, as opposed to the desired TCS system design in this thesis project, concern the systems’ operating mode and the pressure and temperature-conditions. The first difference is that only one of the examined systems pumps the solid VIII powder salt around the system in contrast to the others that keep the salt static inside the reactors and pumped only the ammonia around the system, as chosen in the current system. The second difference concerns the operating conditions during absorption and desorption reactions, where these different systems operate at a widely different pressure and temperature conditions as compared to the current system expectations. Thus, there are four main lessons that were learnt via this literature analysis, to improve the TCS system at DTU to the desired new system in this work. The first lesson is related to the reactants’ transportation mechanism that should be used in this system. Regarding this, it was decided to maintain the solid salt (metal halide) stationary inside each reactor (but not pumping it instead of ammonia), similar to the majority of designs discussed from literature. According to the second and third lessons, the solid-gas reaction is the most suitable solution and only the reactions of absorption and desorption between SrCl2∙NH3 and SrCl2∙8NH3 are considered, following the experience from literature (for the reasons explained earlier). The last lesson regards the system’s suitable operating conditions and more specifically the TCS system’s temperatures that should match the district heating temperatures. Thus, the temperature point that was chosen as a priority was 80 °C, from the range 40- 80 °C set in the partner project NHS. To maintain this condition, therefore, the most suitable condition of pressure of both reactions (according to the equilibrium pressure vs temperature curve) was chosen to be at around 8 bar. This same pressure was chosen for both reactions, since the pressure difference between these reactors and the storage of ammonia (i.e. from 8 to 10 bar) should be as small as possible due to the high costs that can arise in the case of a higher pressure difference (i.e. requiring more compressors and heat exchangers). Inspired by these literature cases, firstly a conceptually suitable TCS system was proposed in this project and after that the final desired system was designed and was implemented and evaluated numerically. The numerical design and optimization of the chosen TCS system was performed herein by using the software Aspen Plus (version 9), which contains both fluids and solids in a simulation environment, using consistent physical properties. This TCS system is designed to store and release heat at around 80 °C and 8 bar through absorption and desorption by using two identical reactors respectively. Each reactor includes the amount of around 1 kg (more specifically 0.985 kg) strontium chloride salt reacting with 1.7 kg of ammonia. A verification system is also modelled in Aspen, using available experimental data from literature. Here, the modelled novel system design was adapted to this chosen other system layout from literature which uses the same reaction pair, yet at different operating conditions. This adapted system design in Aspen was then used to verify the chosen configuration and the reliability of the constructed system for the NHS project. Good agreements between the modelled results in Aspen against the available experimental data of this verification model are obtained. A sensitivity analysis is also conducted herein on the proposed novel TCS system to identify the optimum operating conditions and the behaviour of the chosen most important parameters of the system. The designed system provides an energy storage capacity of 0.5 kWh for the specific amounts (in volumetric flow rates) of ammonia and monoammine of strontium chloride, that comes from the analysis, of 1.08696 e-05 kmol/s and 1.5528 e-06 kmol/s respectively. For these specific values of the HTF, the analysis showed that the volumetric flow rates of the heat and cold external sources must be 1.56 l/min (which is decreasing with the increase of the inlet HTF temperature) and 0.42 l/min (which is increasing with the increase of the inlet HTF temperature) respectively. In conclusion, this study presents an ammonia-SrCl2 TCS benchscale system design that allows continuous heat storage and release, in an easy-to-scale up design, also suggesting optimum operating conditions. / En av de mest avgörande frågorna i dag är skyddet av miljön och utfasningen av fossila bränslen som används allmänt över hela världen för mer effektiva och förnybara resurser. Den största delen av den globala energibehovet idag avser uppvärmnings- och kylapplikationer. Ett sätt att minska fossilbaserad termiskenergianvändning är att lagra överskottsvärmeenergi genom termokemiska lagringsmaterial (TCM) och använda den för värme- och kylbehov vid olika tidpunkter och platser. I samband med detta är ett termokemiskt värmelagringssystem numeriskt utformat i detta mastersexamensprojekt, som en del av ett samarbetsprojekt Neutrons for Heat Storage (NHS) finansierat av Nordforsk. Det termokemiska lagringssystemet (TCS) som är konstruerat utnyttjar den reversibla kemiska reaktionen av ammoniak med en metallhalogenid (MeX) för en värmelagringskapacitet på 0.5 kWh, och frigör och lagrar värme respektive under absorption och desorption av ammoniak till och från MeX. Systemet är designat för lågtemperaturuppvärmningstillämpningar runt 40-80 °C. SrCl2 väljs som det mest lämpliga metallhalogeniden för systemet, baserat på studier som utförts av NHS-projektpartnerna. I ammoniak SrCl2-systemet beaktas endast absorption och desorption mellan SrCl2NH3 och SrCl28NH3. De huvudsakliga orsakerna till detta är att absorptionen/desorptionen mellan den sista aminen och SrCl2 kräver ett betydligt högre/lägre reaktionstryck (för en given temperatur), och resulterar i en betydande volymförändring jämfört med resten av aminerna, och är därför praktiskt taget mindre kostnadseffektivt. Detta mastersexamensprojekt inkluderar en detaljerad genomgång av fyra olika TCS-system från litteratur som använder reaktionen mellan ammoniak och metallhalogenider. Dessa väljs här eftersom dessa anses vara de mest relevanta (från litteratur) jämfört med det valda systemet i denna studie. Det första undersökta systemet är ett system byggt av NHS-projektpartnerna vid Danmarks Tekniska Universitet (DTU). Detta har valts på grund av likheterna med det önskade systemet i det aktuella mastersexamensprojektet, vad gäller systemdesign och parametrar. Detta system fungerar i batch-läge, vilket endast tillåter antingen absorption (dvs värmeavgivning) eller desorption (dvs värmelagring) under en specifik cykel. Således kan en uppgraderad design av detta TCS-system vid DTU möjligen vara en lämplig lösning på forskningsmålen för detta mastersexamensprojekt. Dessutom använder detta TCS-system från DTU ganska liknande driftsförhållanden (temperaturer och tryck) i nivå med det aktuella projektets önskade lågtemperaturintervall på 40-80 °C. Det andra systemet från den litteratur som diskuterats använder två reaktorer för kyla och värmeproduktion, vilket innebär att både laddningsoch urladdningsprocesser sker samtidigt. Denna samtidiga operation är främst anledningen till att systemet undersöktes, eftersom detta är en önskad funktion att uppnå i det aktuella projektet. Nästa system från den litteratur som diskuteras häri använder också två reaktorer för absorptions- och desorptionsprocesser, som fungerar reversibelt när varje process är klar, precis som önskat i detta projekt. Dessa två system (dvs det andra och det tredje diskuterade systemen) använder den reversibla fastgasreaktionen för absorption och desorption mellan SrCl2NH3 och SrCl28NH3, dock vid olika tryck- och temperaturförhållanden. Det andra systemet arbetar nämligen under kombinationer av absorption och desorption av 96 °C, 15 bar och 87 °C, 11 bar, medan det tredje systemet arbetar vid 103 °C, 16 bar respektive 59 °C, 3 bar. Det sista systemet som diskuterats från litteraturen arbetar vid samma temperatur som det önskade systemet gör (dvs. 80 ° C) och genom olika lågtrycksexperiment visar att den fasta salt-gasreaktionen är ett bättre val än reaktionen av det fasta saltet med flytande gasreaktion. De viktigaste skillnaderna mellan alla dessa diskuterade system från litteratur i motsats till det önskade TCS-system i detta mastersexamensprojekt, avser systemdriftläge samt deras tryck och X temperaturförhållanden. Den första skillnaden är att endast ett av alla undersökta system pumpar saltet i fast pulverform, till skillnad från de andra som håller saltet stillastående i reaktorerna och endast pumpar ammoniak. Den andra skillnaden gäller driftsförhållandena under absorptions- och desorptionsreaktioner där dessa system arbetar vid mycket olika tryck- och temperaturförhållanden jämfört med det nuvarande systemet. Således, från översynen av alla system, finns det fyra huvudsakliga lärdomar för att förbättra TCS-systemet vid DTU till det önskade nya systemet. Den första är relaterad till reaktanttransportmekanismen som bör användas i detta system. I detta avseende har det beslutats att hålla det fasta saltet (metallhalogenid) stillastående i varje reaktor (men inte pumpa det istället för ammoniak), till skillnad från de flesta system i litteraturen. Enligt dem andra och tredje lektionerna är den fasta gasreaktionen den mest lämpliga lösningen och endast reaktionerna på absorption och desorption mellan SrCl2∙NH3 och SrCl2∙8NH3 bör övervägas enligt erfarenheten från litteraturen (av de skäl som förklarats tidigare). Den sista lärdomen avser systemets lämpliga driftsförhållanden och mer specifikt TCS-systemets temperaturer för att matcha fjärrvärmetemperaturerna. Den temperaturpunkten valts som prioritet, från området 40-80 °C inställt av moderprojektet NHS, sattes till 80 °C. För att bibehålla detta tillstånd var det lämpligaste tryckvillkoret för båda reaktionerna (enligt jämviktstrycket kontra temperaturkurva) valdes att ligga på cirka 8 bar. Samma tryck valdes för båda reaktionerna, eftersom tryckskillnaden mellan dessa reaktorer och lagring av ammoniak (dvs. från 8 till 10 bar) borde vara så liten som möjligt på grund av de höga kostnaderna som kan uppstå vid högre tryckskillnad (dvs. fler kompressorer krävs och värmeväxlare). Inspirerad av denna litteratur föreslogs för det första ett konceptuellt lämpligt TCS-system i detta mastersexamensprojekt, varefter det slutliga systemet implementerades och utvärderades numeriskt för de önskade förhållandena. Den numeriska utformningen och optimeringen av det valda TCS-systemet utfördes här med hjälp av programvaran Aspen Plus (version 9), som innehåller både vätskor och fasta ämnen i en simuleringsmiljö, med konstant fysiska egenskaper. Detta TCS-system är utformat för att lagra och släppa värme vid cirka 80 °C och 8 bar genom absorption och desorption med användning av två identiska reaktorer respektive. Varje reaktor innefattar cirka 1 kg (närmare bestämt 0.985 kg) strontiumkloridsalt reagerande med 1.7 kg ammoniak. Ett verifieringssystem modelleras också i Aspen med hjälp av tillgängliga experimentella data från litteraturen. I detta anpassades den modellerade nya systemdesignen till denna valda andra verifieringssystemlayout från litteratur, som använder samma reaktionspar, men under olika driftsförhållanden. Denna anpassade systemdesign i Aspen användes sedan för att verifiera den valda konfigurationen och tillförlitligheten för det designade systemet för NHS-projektet. Här erhålls ett bra avtal för denna verifieringssystemdesign mellan Aspenmodellresultaten och experimentdata. Här utförs också en känslighetsanalys för det utformade TCSsystemet i det aktuella projektet för att identifiera de optimala driftsförhållandena och beteendet för de valda viktigaste parametrarna i systemet. Det konstruerade systemet ger en energilagringskapacitet på 0.5 kWh för de specifika mängderna (i volymflöde) av ammoniak och monoamin av strontiumklorid, som kommer från analysen, av 1.08696 e-05 kmol/s och 1.5528 e-06 kmol/s respektive. För dessa specifika värden på värmeöverföringsvätskan visade analysen att de volymetriska flödeshastigheterna för värme och kalla yttre källor måste vara 1.56 l/min (vilket minskar när temperaturen på värmeöverföringsvätskan ökar) och 0.42 l/min (som ökar när temperaturen på värmeöverföringsvätskan ökar). Sammanfattningsvis presenterar denna studie ett ammoniak-SrCl2 TCS-bänkskålsystem som möjliggör kontinuerlig värmelagring och frigöring, har en design som är lätt att anpassa och föreslår också optimala driftsförhållanden.

This thesis sets out to increase the knowledge of artificial groundwater injection (AGWI) in Sweden on behalf of the Swedish Transport Administration. This has been done by firstly conducting a literature review which provided the background which comprises mainly groundwater theory and subsidence. Then several methods were utilized; Interviews, cost analysis, case studies and a simplistic numerical modelling in order to obtain an overall understanding of the AGWI facilities. The interviews provide in-depth knowledge of how the techniqueis handled in different industry contexts. The cost analysis provided with an understanding of the economic relations for an AGWI facility. The case studies provided generalizability and knowledge in how the AGWI is conducted in real projects. Finally, the numerical model provided with knowledge of how a can be developed and what interesting information it can and should contain. The results showed that the AGWI as a subsidence mitigation technique have been developed and is now a subject of increased focus and demand from the legislator and designer perspective, but not the STA. The results show as well that we can expect changed preconditions both geographically and temporally varying, for the AGWI and therefor a change in how the AGWI is handled by the STA is recommended to change. Another result was that the cost analysis showed that the common idea of tap-water is a cheaper alternative than re-injecting the leaked water back to the tunnel is debatable, even false. The case studies showed that the most common water utilization was tap water and that only a few facilities has re-injection capabilities. The STA is recommended to increased their focus on the AGWI technique, to plan for a long term operation and maintenance perspective and to demand calculations of the AGWI costs in relation to water use and the facilities sustainability with the view on future estimated climate change. / Denna uppsats syftar till att öka förståelsen om skyddsinfiltration i Sverige på uppdrag av Trafikverket. Bakgrunden baseras på en litteratur granskning som huvudsakligen handlar om grundvattensteori och marksättningar. I uppsatsen används sedan flera olika metoder; Intervjuer, kostnadsanalys, fallstudier och en förenklad numerisk modell för att få en övergripande förståelse för Trafikverkets skyddsinfiltration-anläggningar. Intervjuerna gav en djupare förståelse och kunskap om hur tekniken hanteras i olika sammanhang i branchen. Kostnadsanalysen gav en insikt i de ekonomiska relationerna för hur en skyddsinfiltration-anläggning fungerar. Fallstudierna gav generaliserbarhet till studien och kunskap om hur skyddsinfiltration genomförs i verkliga projekt. Slutligen gav den numeriska modellen kunskap om hur en modell kan utvecklas och vilken relevant information den kan och bör innehålla. Resultaten visade att skyddsinfiltration som en teknik för att minska marksättningar har utvecklats mycket genom tiden. Tekniken får nu ett ökat fokus och därmed krav från lagstiftarens och projektörens sida, men däremot inte från Trafikverket. Resultaten visar också att vi kan förvänta oss förändrade förutsättningar både geografiskt och tidsmässigt för skyddsinfiltration. Därför rekommenderas att ändra hur skyddsinfiltration hanteras av Trafikverket. Ett annat resultat var att kostnadsanalysen visade att den rådande bilden om att dricksvattenanvänding är ett billigare alternativ än att återinjicera det läckta vattnet tillbaka till tunneln kanske inte stämmer. Fallstudierna visade att det vanligaste vattenutnyttjandet var dricksvatten och att endast ett fåtal anläggningar har återinjiceringsförmåga. Trafikverket rekommenderas att öka sitt fokus på skyddsinfiltration-tekniken och planera för ett långsiktigt drift- och underhållsperspektiv. Dessutom bör Trafikverket kräva beräkningar av skyddsinfiltration-kostnaderna i förhållande till vattenanvändning och anläggningens hållbarhet med tanke på framtidens uppskattade klimatförändringar.

Vibratory driven sheet piles are a cost-effective retaining wall structure, and in coming decades the continued use of this method will be crucial for minimising costs within the construction sector. However, vibratory driven sheet piles are a source of ground vibrations, which may harm structures or induce disturbance. Most urban construction projects face strict limits on permissible vibration level. Being able to reliably predict the expected vibration level prior to construction is therefore highly important. Reliable prediction demands a profound knowledge of the vibration transfer process, from source to point of interest. This thesis focuses on clarifying the vibration transfer process and will serve as a platform for the future development of a reliable prediction model. The vibration transfer process is divided into two main parts: vibration source and vibrations in soil. The different parts in the vibration transfer process are studied and investigated with the help of a literature review, field tests and numerical modelling. Within the scope of this thesis, three field tests have been conducted and a new instrumentation system has been developed. The new instrumentation system enables recording of both sheet pile vibrations and ground vibrations at depth during the entire driving. The field tests aimed to study the vibration transfer from sheet pile to soil and the vibration transfer within a sheet pile wall, as well as the wave pattern in soil. To study sheet pile behaviour during driving a numerical model was developed, which is also meant to serve as a basis for further studies. The main scientific contribution of this thesis is the identification of the sheet pile behaviour during driving. For practical application, the main contribution is the development of an increased knowledge of the vibration transfer process from source to soil, together with the new instrumentation system and the development of the numerical model. / Vibrodriven spont är en kostnadseffektiv stödkonstruktion och i framtiden kommer den fortsatta användningen av denna metod att vara nödvändig för att minimera kostnader för byggprojekt. Vibrodriven spont är dock en källa till markvibrationer, som kan skada byggnader eller orsaka störningar. De flesta byggprojekt måste förhålla sig till strikta krav gällande vibrationsnivåer. Möjligheten att på ett tillförlitligt sätt förutsäga vibrationsnivåerna innan bygget startar är därför av största vikt. Tillförlitlig prognos av vibrationsnivåer i samband med vibrodrivning av spont kräver god kännedom om vibrationsöverföringsprocessen, från källan till det potentiella skadeobjektet. Denna avhandling fokuserar på att förtydliga vibrationsöverföringsprocessen och fungera som en plattform för framtida utveckling av en tillförlitlig prognosmodell. Vibrationsöverföringsprocessen delas in i två huvuddelar; vibrationskällan och vibrationer i jord. De olika delarna av vibrationsöverföringsprocessen studeras och undersöks med hjälp av litteraturstudie, fältförsök och numerisk modellering. Inom ramarna för denna avhandling har tre fältförsök utförts och ett nytt instrumenteringssystem har utvecklats. Det nya instrumenteringssystemet möjliggör mätning av både spontvibrationer och vibrationer på djup i jorden, under hela neddrivningsfasen. Fältförsöken syftade till att studera vibrationsöverföringen mellan spont och jord, vibrationsöverföringen inom en spontvägg samt vågmönstret i jorden under drivning. För att studera spontens beteende under neddrivning utvecklades en numerisk modell, som också kan fungera som en bas för framtida studier. Avhandlingens huvudsakliga vetenskapliga bidrag är identifieringen av spontens beteende under neddrivning. För praktisk tillämpning är det huvudsakliga bidraget förklaringen av vibrationsöverföringsprocessen från källa till jord, det nya instrumenteringssystemet samt utvecklingen av den numeriska modellen.

In Photovoltaic/Thermal (PVT) technology, both PV and solar thermal technology are integrated in the same module for simultaneous electricity and heat production. Research has shown that there are multiple benefits from integrating PVT collectors with a ground source heat pump (GSHP) system, since it allows for seasonal storage of thermal energy over the year. Furthermore, it leads to reduced operating temperatures for the PVT collectors which can increase efficiency and lifetime. The aim of this study is to present the electric and thermal performance of a PVT collector developed by Solhybrid i Småland AB, for different environmental and fluid inlet conditions that can occur when PVT collectors are connected to a GSHP system. Furthermore, the performance of this PVT design is evaluated with ASHRAE (Standard 93-2003), to allow for comparison with other PVT collector designs, with values on the overall heat loss coefficient (UL) and heat removal factor (FR). The modelling tool used for the study is the software COMSOL Multiphysics, which uses the finite element method to solve the partial differential equations in heat transfer and fluid flow problems. Based on the performance curves, the thermal and electrical efficiency of the collector is approximately 48.0-53.4% and 19.0-19.2% respectively at a reduced temperature of zero and irradiance levels of 800-1000 W/m2 for the mass flow rate of 0.026 kg/sm2 which was determined as most suitable to increase thermal performance. Furthermore, these results resulted in a heat removal factor (FR) and overall heat loss coefficient (UL) of 0.56-0.62 and 53.4-53.5 W/m2 K respectively. The results on the performance of the PVT collector in different weather conditions shows that the inlet water temperature can significantly affect operating time and the amount of thermal energy that can be extracted during the year, especially if the collector operates in a colder climate like Sweden. To assess the accuracy of the created model, future work includes experimental testing of the studied PVT collector. / En panel med kombinerad teknik av både solceller och termisk solfångare (PVT) kan producera både elektricitet och värme samtidigt. Forskning har visat att det kan finnas flera fördelar med att integrera PVT-paneler med ett bergvärmesystem, eftersom det mjliggör lagring av termisk energi över året. Dessutom leder ett sådant system till lägre drifttemperaturer som kan öka PVT-panelens effektivitet och livslängd. Syftet med studien är att presentera den elektriska och termiska prestandan av en PVT-panel utvecklat av Solhybrid i Småland AB för olika driftförhållanden som kan uppstå på grund av olika väderförhållanden och inlopps-temperaturer när panelerna är kopplade till ett bergvärmesystem. Vidare utvärderas prestandan för denna panel med ASHRAEmetoden (standard 93-2003), för att möjliggöra jämförelse med andra PVT-paneler. Modelleringsverktyget som använts i studien är mjukvaran COMSOL Multiphysics, som använder finita elementmetoden för att lösa partiella differentialekvationer i värmeöverförings-och flödesproblem. Baserat på prestandakurvorna som presenteras i resultatet, är den termiska och elektriska verkningsgraden approximativt 48.0-53.4% respektive 19.0-19.2% för en reducerad temperatur med värdet noll, en solstrålning mellan 800-1000 W/m2, för en massflödeshastighet på 0.026 kg/sm2 som beslutades som den mest lämpliga för att öka den termiska prestandan. Resultaten resulterade i en värmeavledningsfaktor (FR) och total värmeförlustkoefficient (UL) på 0.56-0.62 respektive 53.4-53.5 W/m2 K. Resultaten på PVT-panelens prestanda under olika väderförhållanden visar att vattnets inloppstemperatur kan påverka drifttiden och mängden termisk energi som kan extraheras under året avsevärt, speciellt i nordiskt klimat. För att bedöma korrektheten i resultaten och den skapade modellen rekommenderas experimentell testning av den studerade PVT-panelen.

Trafikverket operates about 12000 Switches and crossings (SnCs) of which 6800 are equipped with an electrical heating system of 10−30kW power to keep SnCs functional throughout the winters by keeping them free of Snow/Ice. The energy consumption is approximately 200−130GWh/year costing approximately 10−15 million Euros annually. Electricity demand is continuously rising in Sweden and if coupled with unpredictable events can highly impact the grid energy mix and electricity prices which can lead to a higher operating carbon footprint & expenses. This master thesis work is developed through a couple of research programs to investigate the power usage in wayside objects. Currently, work is in progress to make the wayside objects ‘smart’ so that they can operate fully autonomously with two objectives to reduce the overall power consumption and obtain it from local energy resources. Mathematical modeling of unsteady close contact melting of rectangular Ice/Snow blocks of different volumes on the horizontal surfaces has been solved using numerical methods to calculate the melting time and power requirement. A parametric study has been done for various sizes, and initial & hot surface temperatures. Further, using ANSYS Fluent, CFD simulations have been performed to calculate the heat transfer rate from the Rail body for various combinations of heat source & ambient temperature, and wind speeds. These results shall help to devise a control strategy for the dynamic power supply which can help to optimize the power consumption. Finally, evaluating the renewable resources potential; ground source heat pumps using borehole U-pipes appear to be the best option which can drastically reduce the electricity requirement for the optimized heating power requirement. Most of Sweden has granite bedrock which is one of the reasons for the successful deployment of heat pumps. It’s definitely worth expanding its usage in other sectors as well like Railways. / Trafikverket driver cirka 12 000 spårväxlar och spårkorsningar varav 6 800 är utrustade med ett elektriskt värmesystem på 10 - 30kW effekt för att hålla växlar och korsningar funktionella under hela vintrarna genom att hålla dem fria från snö/is. Energiförbrukningen är cirka 200-130 GW h/år och kostar cirka 10-15 miljoner euro per år. Efterfrågan på el ökar kontinuerligt i Sverige och kan i kombination med oförutsägbara händelser i hög grad påverka nätets energimix och elpris vilket i sin tur kan leda till ett högre koldioxidavtryck och högre driftskostnader. Detta examensarbete utvecklades genom ett par forskningsprogram med fokus på strömförbrukningen i järnvägssystemet. Just nu pågår ett arbete med att göra järnvägssystemet "smart" så att det kan fungera helt automatiskt med två mål: att minska den totala energiförbrukningen och få den från lokala energiresurser. Kontaktsmältning av rektangulärt is/snö-block av olika volymer på horisontella ytor har lösts med hjälp av numeriska metoder för att beräkna smälttid och effektbehov. En parametrisk studie har gjorts för olika storlekar och initiala och varma yttemperaturer. Vidare, med hjälp av ANSYS Fluent, har CFD-simuleringar utförts för att beräkna värmeöverföringshastighet från järnvägsspåret för olika kombinationer av värmekälla och omgivning temperatur och vindhastigheter. Dessa resultat ska bidra till att utforma en styrstrategi för den dynamiska strömförsörjningen som kan bidra till att optimera strömförbrukningen. Slutligen, för att utvärdera potentialen för förnybara resurser, verkar bergvärmepumpar som använder borrhåls U-rör vara det bästa alternativet som drastiskt kan minska elbehovet för det optimerade värmeeffektbehovet. Större delen av Sverige har berggrund av granit vilket är en av anledningarna till den framgångsrika utbyggnaden av värmepumpar. Det är definitivt värt att utöka användningen i andra sektorer också som järnvägar.

This thesis explores the heat transfer characteristics of a packed bed thermal energy storage device through the development of a 3D model in COMSOL Multiphysics. The model is based on a laboratory-scale device consisting of an aluminum box filled with sand, which acts as the thermal storage medium. The medium is heated using two resistance heaters that are embedded into the sand. The heaters are raised to approximately 500°C during the experiment. Three thermocouples placed in the sand record the temperature during charging, thus generating a time-dependent temperature curve at three points. The model simulates this experimental system, and the resulting temperature distribution is compared to the experimental data to assess the model validity. To determine the temperature throughout the storage system at all times, the model solves the heat equation. The density and heat capacity of the sand are measured and added to the model. The model uses the effective medium technique to estimate the thermal conductivity of the sand. A secondary model is developed in Excel to calculate the effective thermal conductivity using twelve different correlations, and the results are compared. The Zehner-Bauer correlation with an added Damköhler radiation term predicted an effective thermal conductivity of 0.218 W/(m·K) at 25°C and 0.451 W/(m·K) at 500°C, with slightly exponential growth due to the influence of thermal radiation. When these values for conductivity are applied to the COMSOL model, there is strong agreement (average percent error < 5%) with the experimental temperature distributions. A parametric study is performed, and shows that increasing grain size and emissivity could increase the thermal conductivity by making use of the exponential growth of thermal radiation. The model serves as a design and learning tool, and a starting point for improving the performance of the thermal energy storage system. / Detta examensarbete undersöker värmeöverföringsegenskaperna hos en termisk energilagringsenhet med packad bädd genom utveckling av en 3D-modell i COMSOL Multiphysics. Modellen är baserad på en enhet i laboratorieskala som består av en aluminiumlåda fylld med sand, som fungerar som det termiska lagringsmediet. Mediet värms upp med hjälp av två motståndsvärmare som är inbäddade i sanden. Värmeelementen höjs till ca 500°C under experimentet. Tre termoelement placerade i sanden registrerar temperaturen under laddningen och genererar på så sätt en tidsberoende temperaturkurva i tre punkter. Modellen simulerar detta experimentella system, och den resulterande temperaturfördelningen jämförs med experimentella data för att bedöma modellens giltighet. För att bestämma temperaturen i hela lagringssystemet vid alla tidpunkter löser modellen värmeekvationen. Sandens densitet och värmekapacitet mäts och läggs till i modellen. Modellen använder den effektiva mediumtekniken för att uppskatta sandens värmeledningsförmåga. En sekundär modell utvecklas i Excel för att beräkna den effektiva värmeledningsförmågan med hjälp av tolv olika korrelationer, och resultaten jämförs. Zehner-Bauer korrelationen med en tillagd Damköhler strålningsterm förutsade en effektiv värmeledningsförmåga på 0,218 W/(m·K) vid 25°C och 0,451 W/(m·K) vid 500°C, med en något exponentiell tillväxt på grund av påverkan från värmestrålning. När dessa värden för konduktivitet tillämpas på COMSOL-modellen finns det en stark överensstämmelse (genomsnittligt procentuellt fel < 5%) med de experimentella temperaturfördelningarna. En parametrisk studie har utförts som visar att ökad kornstorlek ock emissivitet kan öka värmeledningsförmågan genom att utnyttja den exponentiella tillväxten av värmestrålning. Modellen fungerar som ett design- och inlärningsverktyg och som en utgångspunkt för att förbättra prestandan hos det termiska energilagringssystemet.