Dissertations / Theses on the topic 'Termický systém'

This thesis describes utilisation of test reference year for design and evaluation of solar thermal system. The evaluation was performed on a solar thermal system of a single-family house in Rapotice, Czechia. Long-term monitoring of the system as well as indoor and outdoor climate were performed there. Measured data were compared with test reference year and data in Meteonorm database. Selected boundary conditions of the solar thermal system were compared with numerical simulations in Polysun. The results of the comparison were statistically analysed. Results of the simulations utilizing test reference year were closer to the on-site measurements than dates from Meteonorm. Therefore it could be concluded that test reference year is the best database of climate data for design of solar thermal system in Czechia.

The master’s thesis deals with technologies for energy utilisation of waste with annual treatment capacity approximately from 10 to 50 kt/year and their application in regions of the Czech Republic. In the first part of the thesis the results of heat consumption analysis in seven regions of the CR are introduced while in two selected regions a production of waste was analyzed too. The main part deals with the design of technological solution of waste-to-energy plant with medium capacity and its integration to specific conditions of the two selected regions. Alternatives of combined heat supply were assessed from waste-to-energy plant as well. A basic economic analysis that contains the estimates of incomes and capital expenditures and operating expense is a part of this thesis too.

Stárnutí teplonosných kapalin na organické bázi je dlouhodobým problémem, který je znám od počátku jejich používání. První část této disertační práce je tak věnována případové studii funkčního experimentálního systému, který byl jako nový naplněn teplonosnou kapalinou na bázi propan-1,2-diol a pozorován po období 7 let. Pro analýzu stárnutí kapaliny v tomto systému byly sledovány základní provozní vlastnosti kapaliny jako jsou hustota, viskozita, teplota tuhnutí, pH a obsah kovů. Skrze tyto vlastnosti tak bylo sledováno stárnutí kapaliny nepřímo. Přímé sledování stárnutí bylo posléze provedeno analýzou degradačních produktů, jako jsou organické kyseliny a změny ve složení směsi pomocí izotachoforézy a hmotnostní spektrometrie. Pro srovnání byly taktéž analyzovány vybrané vzorky z několik dalších systémů plněných identickou kapalinou s prokazatelně pokročilou formou degradace. V druhé části práce jsou představeny základní fyzikálně-chemické vlastnosti směsí propan-1,3-diolu s vodou a jejich analytické hodnocení a matematické modelování pro universální použití jakožto nového základu pro nemrznoucí teplonosné kapaliny. Na základě dostupných informací je pak hodnocena použitelnost této směsi. Výhoda propan-1,3-diolu je spatřována především ve výrobě z obnovitelných zdrojů a v některých fyzikálních a chemických vlastnostech, které dle dosavadních poznatků předčívají doposud používané glykolové směsi.

The diploma thesis deals with elaboration of project solar thermal and photovoltaic solar systems for all-season service. The theoretical part focuses on the general description of the solar thermal and photovoltaic systems, legislation of renewable sources in the Czech Republic and the status of photovoltaics in the Czech Republic. The experimental part deals with the design of measures for energy saving by using solar energy systems. These measures are proposed for construction of houses in Podolí u Brna, especially on extra-family house. The aim of the work is to make a proportioning, choosing the right parts and calculating the economic and ecologic balance. Finally, thesis gives recommendations for further action in saving energy in houses in Podolí u Brna.

The theme of this master's thesis is the elaborating of an energy audit according to the valid legislation in the Czech Republic a five-storey apartment building. The master's thesis consists of three main parts. Theoretical, Computional and Energy Audit. The theoretical part focuses on the theme of solar thermal collectors. In the calculation part, the energy consumption of the assessed object is analyzed in both the initial and the new state. The energy audit is drawn up in accordance the Decree number 480/2012 Sb. in the current version.

Batteries play an important role in a sustainable future. As the development for better andsmarter batteries continues, new areas of use emerge boosting its demand. Controlling thetemperature of a battery cell is a vital objective to ensure its longevity and performance. Bothcooling and heating methods can be applied to keep the temperature within a certain rangedepending on its need. This study will review the technical aspects of lithium-ion batteries,observe the different thermal management systems and cooling methods, and lastly examinethe required cooling flow needed for a battery cell to prevent its temperature from rising tocritical levels during its discharge. Using CFD ANSYS Fluent as a simulation tool, the resultsshow that different charging rates, in terms of C-rate, require different rates of mass flow tocontrol the temperature. Simulating the cell with natural convection, the cell peaks at hightemperatures even at lower C-rates, reaching up to 36,4°C and 48,8°C for 1C and 2C,respectively. Applying the cooling method with a flow rate of 0,0077kg/s reduces thetemperature significantly, resulting in temperatures of 26,95°C and 31,27°C for 1C and 2C,respectively.

The theoretical part focuses on the formation, transport of solar radiation and its availability in the Czech Republic. There are also discussed solar thermal systems and components of these systems, including their use. Project part addresses two design options of heating the hotel building. The first version is aimed at the common solution in the form of heating radiators with the source in the form of gas boiler and solar hot water. The second option solves superior solutions in the form of heating and cooling ceilings in the form of heat source heat pumps and solar heating support. Experimental solutions are focused on monitoring the operational status of the experimental solar devices and evaluation of operating characteristics of the device.

The dissertation thesis is focused on the issue of energy recovery of waste. It contributes to optimization models developed in the author's workplace in the long term, which serve to simulate material flows in waste management and to search for an optimal waste management strategy. The main objective is to assess the potential for the use of heat produced in waste-to-energy plants as a key factor for the economy of these facilities. The thesis therefore represents an activity on the border of the fields of waste management and heating. Partial mathematical models were developed within the scope, for which it was necessary to collect input data, especially in relation with district heating networks. These models were then used in a comprehensive optimization model describing the integration of waste-to-energy plants with other heat sources. This main model was extended to include the environmental aspect.

This thesis evaluates the connection of solar collectors with heat pump. The work demonstrates meaningful use of solar collector to increase cooling efficiency of the heat pump. Introduction The work introduces the reader to the issue and describes basic principles of the two main sources of energy used in the system - the heat pump and solar system. Next session is dedicated to analysis and evaluation of the data that was measured during system operation. A comparison of measured COP of the heat pump at two different modes of operation was used for the evaluation - with the help of the solar system and without using the solar system.

This Master’s thesis deals with the problems of small domestic appliances in solar systems. The theoretical part provides a description of solar thermal systems and solar photovoltaic systems, including the possibility of their combination. It adds options connecting the small household appliances in system of solar technology and economics of the washing process. The practical part evaluates the economy of operation small household appliances connected to the solar system.

The Academic Hospital in Uppsala is a major heat energy consumer with an average consumption of 39 GWh/year in recent years, and the heat is supplied by the district heating system which is owned by Vattenfall. The purpose of this work was to investigate if a thermal storage can reduce the costs of district heating consumption and increase the redundancy at the hospital by cutting the heat demand peaks and provide back-up heat in case of district heating deliverance failures. The type of heat storage used in this study is a pit heat storage which consists of an insulated basin in the ground filled with hot water which is sealed from above with a lid that acts as an insulating layer. Matlab was used for the simulations of different storages sizes and used year 2016:s heat consumption of the hospital building B11 to see how the storage worked. The introduction of a thermal storage will increase the total sum of purchased heat for all storage sizes and the two larger storage sizes manage to cut down the heat demand peak while the two smaller storage sizes increases it slightly. This means increased annual costs for the smaller storage sizes but reduced annual costs for the larger storage sizes. However this doesn’t included the drift or the investment costs. The conclusion is that heat storage is not an economic benefit because the annual cost savings are highly dependent on Vattenfall's price model and the repayment period will be several decades long. A heat storage can be an energy-saving benefit but at a high cost.

Under 2011 började MacBat AB ta fram ett elenergilager kallat Macbat Energy Storage System (MESS), vilket är uppbyggt av 360 stycken tvåvolts bly-syrabatterier inhysta i ett 20 fots container. Då bly-syrabatterier är känsliga för värme är den här studien inriktad på att utreda hur stort kylbehovet blir under olika förutsättningar där kyldistribution, drifttemperatur på batterierna, klimat, isolering och termiska tröghet är varierande parameterar. Det ska även avgöras vilken konfiguration av kyldistribution och isolering som ger lägst kylbehov för de studerade klimaten, vilka är av varmtempererad, arid och tropisk karaktär. För att besvara studiens två mål togs fyra matematiska modeller fram i SIMULINK. Två luftkylda och två vattenkylda där en av varje var isolerad med 100 mm mineralull medan den andra var oisolerad. För samtliga modeller varierades drifttemperaturen mellan 25 – 35 °C och de studerade klimaten utgjordes av Phnom Phen, Kambodja, Djibouti, Djibouti, Bagdad, Irak samt London, England. För de vattenkylda modellerna varierades även MESS termiska tröghet i spannet 1,8058 – 9,0288 MJ/K genom att öka mängden kylvatten i systemet som användes för att kyla batterierna. Batteriernas drifttemperatur visade sig vara den parameter som i högst grad avgör kylbehovets storlek. Isoleringen gav en reducerande effekt på kylbehovet i de fall då omgivningstemperaturen under längre perioder överstiger batteriernas drifttemperatur. Varierande termisk tröghet, i de vattenkylda modellerna, hade liten eller ingen inverkan på kylbehovet. Det beror förmodligen på att den termiska massa som konstant finns i batterierna i form av elektrolyt var betydligt större. I fråga om vilken konfiguration av distributionssystem och isolering som ska användas för att erhålla ett lågt kylbehov visade sig detta bero på klimatet och drifttemperaturen på batterierna. Varmtemperade klimat som London behöver dock inget kylsystem överhuvudtaget.
In 2011 MacBat AB began to develop a electrical energy storage system called Macbat Energy Storage System (MESS), which is made up of 360 two volt lead acid batteries housed in a 20 foot container. However, while lead acid batteries are sensitive to heat this study is focused on investigating how great a cooling demand will be required under different conditions in which chilled distribution, operating temperature of the batteries, climate, insulation and thermal inertia are varied parameters. The study will also determine the configuration of chilled distribution and isolation that gives minimum cooling requirements for the studied climates, which is warm temperate, arid and tropical nature To answer the study's two goals four mathematical models were developed in SIMULINK. Two air-cooled and two water-cooled where one of each was insulated with 100 mm mineral wool while the other was bare. For all models the operating temperature varied between 25 - 35 ° C and the studied climates consisted of Phnom Penh, Cambodia, Djibouti, Djibouti, Baghdad, Iraq, and London, England. For the water cooled models thermal inertia was also varied in the range of 1.8058 to 9.0288 MJ/ K by increasing the amount of cooling water in the system used to cool the batteries. The battery operating temperature was proven to have the most significant impact on the cooling load. The isolation yielded a reducing effect on the cooling load in the case where the ambient temperature surpassed the battery operating temperature during longer periods. Varying thermal inertia of the water cooled models had little or no impact on the cooling load. It is probably due to the electrolyte in the batteries. It is a considerably larger source of thermal mass and is constant in all the models. Which configuration, regarding the distribution system and insulation, that obtains a low cooling requirement was found to depend on the ambient climate and the battery operating temperature. However, warm temperate climates such as London requires no cooling system at all.

Att minska energianvändningen är lika mycket ett globalt mål som ett nationellt mål. Sverige har som mål att öka effektiviseringen av energianvändningen med 20 % fram till år 2020. Det gör att nästan alla sektorer påverkas och inte minst bostads- och servicesektorn som står för nästan 40 % av Sveriges energianvändning. Ventilationssystem är en av de saker som kan bidra till energibesparingen. I den här studien har en nybyggd grundskola simulerats avseende energi och komfort där olika ventilationssystem testats för att se vilket system som är mest lönsamt ekonomiskt, energi- och komfortmässigt. Det som skiljer ventilationssystemen åt är de olika typerna av flödesreglering. Två huvudtyper av ventilationsflödesreglering har testats: ”Variable Air Volume” = Luftflödet varierar efter behovet (VAV) och ”Constant Air Volume” = Konstant luftflöde (CAV). Byggnaden, som är välisolerad och har tung stomme, har även simulerats med ökad personbelastning för att se hur det påverkar ventilationssystemet. Metoden som används för att utföra arbetet är en simuleringsstudie av komparativt slag, där datorprogrammet IDA ICE 4.8 har använts för att modellera byggnaden och utföra simuleringarna. Modellen som har simulerats efterliknar delar av grundskolan Stigslundsskolan i Gävle, i både uppbyggnad, ventilation och användningsgrad. Data har samlats in från konsultföretaget Rambolls databaser med information om projekteringen av skolan och genom personlig kommunikation. Simuleringen av ett skolår har utförts och ett schema för personbelastningen har ställts in för varje sal för att efterlikna det schema som eleverna går efter i dagsläget. Resultatet av simuleringarna visade att VAV -ventilationssystemet som efterliknar det projekterade fallet väl täckte ventilationsbehovet, använde mindre energi än CAV-systemet och skapade ett mycket bra termiskt klimat i byggnaden. Resultatet visade också att ökad personbelastning hade stor inverkan på ventilationssystemet, och medförde bland annat att återbetalningstiden för VAV-systemet ökade från 11 till 30 år.
To reduce the energy use is as much a global goal as it is an international goal. The Swedish goal is to increase the efficiency of energy use with 20 % by year 2020. This means that almost all the sectors are affected, that includes the housing and service sector which accounts for almost 40 % of Sweden’s energy use. The ventilation system is one thing that can contribute to saving energy. In this study a new built primary school has been simulated, regarding energy use and thermal comfort, where different ventilation system has been tested to determine which system are the most profitable in economically, energy and comfortably. The ventilation system different in the flow control. Two main types of flow control have been tested: Variable Air Volume (VAV) and Constant Air Volume (CAV). The building, which is well insulated and has a heavy body has also been simulated with increased personal load to see how it affects the ventilation system. The method used to perform the work is a comparative type simulation study. The computer program IDA ICE 4.8 has been used to build the model and do the simulations. The model that has been simulated resemble the primary school Stigslundsskolan in Gävle in both construction, ventilation and degree of use. Data has been collected from the consulting company Ramboll’s database with information on the planning of the school. Personal communication has also been used to collect information. The simulations have been performed for a school year and a schedule for the personal load has been set for each hall to imitate the schedule that the students are following today. The result of the simulations showed that the VAV ventilation system, which resemble the planned case, cover the ventilation requirements, uses less energy than the CAV system and create a very good thermal climate in the building. The result also shows that the increased personal load had a great influence on the VAV ventilation system and increased the repayment period from 11 to 30 years.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:44:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06916.pdf: 11842255 bytes, checksum: 3613e123a5688532ff6194076f7f0e1a (MD5)
Dissertacao (Mestrado)
IPEN/D
Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

La tesis doctoral que se presenta a continuación ha sido realizado en el Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Valencia, y parcialmente en el instituto de Stuttgart (Alemania) "Institüt für Kernenergetik und Energiesysteme" (IKE). El presente estudio consiste en el modelado y validación de un sistema de producción de frío basado en la absorción/desorción de hidrógeno en metales. La instalación experimental que se ha modelado se halla en el instituto IKE. En primer lugar, los materiales utilizados se han caracterizado tanto desde el punto de vista de las curvas P-C-T de equilibrio como de la cinética de absorción/desorción de cada aleación. En segundo lugar, se ha desarrollado un modelo completamente dinámico basado en las reacciones de transferencia de calor y masa que ocurren en los reactores. Los resultados se han validado con una amplia gama de medidas de IKE en régimen transitorio, obteniendo un ajuste muy bueno para diferentes ensayos. Finalmente, mediante la utilización del modelo, se han optimizado las condiciones de operación y las propiedades de los materiales, alcanzando así mejores prestaciones en refrigeración.
Payá Herrero, J. (2010). Modelling and analysis of a metal hydride cooling system [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8911
Palancia

This master thesis deals with the issue of heat transfer fluids for solar thermal system. It discusses the different types of solar systems and their use. It also describes the different types of heat-transfer fluids for solar thermal systems and analyzes the basic chemical composition of commercially available heat-transfer fluids. There are described the properties of these fluids and methods for measuring certain properties. The practical part deals with measuring the temperature dependence of density and dynamic viscosity of alternative and commercially available heat-transfer fluids, determining the freezing point and compares the results.

The master thesis is focused on the preparing a binder system based on strontium ytritte cement and examining the physicochemical properties of the obtained system. The course of the process was evaluated using methods calorimetry, thermal analysis, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy.

Astra Zeneca plant in Gärtuna has many compression cooling machines for comfort that consume about 11.7 GWh of electricity per year. Many of the cooling machines are old; due to the increase of production of the plant, cooling capacity was limited and new machines have been built. Now, the cooling capacity is over-sized. Söderenergi is the district heating plant that supplies heating to Astra Zeneca plant. Due to the strict environmental policy in the energy plant, last year, a bio-fuelled CHP plant was built. It is awarded with the electricity certificate system.

The study investigates the possibility for converting some of the compression cooling to absorption cooling and then analyzes the effects of the district heating system through MODEST optimizations. The effects of the analysis are studied in a system composed by the district heating system in Södertälje and cooling system in Astra Zeneca. In the current system the district heating production is from boiler and compression system supplies cooling to Astra Zeneca. The future system includes a CHP plant for the heating production, and compression system is converted to absorption system in Astra Zeneca. Four effects are analyzed in the system: optimal distribution of the district heating production with the plants available, saving fuel, environmental impact and total cost. The environmental impact has been analyzed considering the marginal electricity from coal condensing plants. The total cost is divided in two parts: production cost, in which district heating cost, purchase of electricity and Emissions Trading cost are included, and investment costs. The progressive changes are introduced in the system as four different scenarios.

The introduction of the absorption machines in the system with the current district heating production increases the total cost due to the low electricity price in Sweden. The introduction of the CHP plant in the district heating production supposes a profit of the production cost with compression system due to the high income of the electricity produced that is sold to the grid; it profit increases when compression is replaced by absorption system. The fuel used in the production of the future system decreases and also the emissions. Then, the future system becomes an opportunity from an environmental and economical point of view. At higher purchase electricity prices predicted in the open electricity market for an immediately future, the future system will become more economically advantageous.

 

 

Idag spenderas en stor del av vår tid inomhus, det ställer krav på inomhusluften.  Koldioxid och andra föroreningar, som stannar i luften vid dåligt ventilerade  lokaler, påverkar negativt och är bevisat att påverka prestationen och produktiviteten  hos människor i specifika uppgifter. Idag läggs mycket fokus på miljösmarta  lösningar och effektiviseringar, men ibland glöms inomhusklimatet bort. För att  människor ska få en behaglig upplevelse av inomhusklimatet krävs  kvalité på inomhusluften men också på den termiska komforten. Huvudsyftet med examensarbetet är att förklara hur det går att uppnå  förbättrat inomhusklimat och samtidigt minska energiförbrukningen. Genom att minska energibehovet kan företag bli mer konkurrenskraftiga och samtidigt rusta sig mot de stigande elpriserna. Det finns även en ekonomisk fördel för företag såväl som för privata bostäder. Examensarbetet består utav en fallstudie, där luftenstemperatur och fuktighet kommer at loggas och data genereras. Loggning kommer att  ske vid två tillfällen. Först i början för att få en uppfattning om varför  personalen upplever dåligt inomhusklimat och sedan efter justering av luftflödena  för att se skillnaden i förändringen av inomhusklimatet och energipåverkan.   Genom att justera systemet och sammanställa resultat har forskningsfrågan ”Kan inomhusklimatet förbättras samtidigt och samtidigt minska energiförbrukningen?”  besvarats. Litteraturstudien visar att om alternativa ventilationsprinciper  används, istället för det konventionella omblandande systemet, går det att minska  energiförbrukningen samtidigt som inomhusklimatet förbättras. Detta har gjorts  genom att golvventilation använts där tilluften tillförts lågt och undertempererad för att luften ska stiga genom de termiska krafterna. Resultatet visar att termisk komfort försämrats enligt enkätstudierna, men samtidigt visar det en förbättring av  inneklimatet i enskilda frågor. Mätresultaten indikerar även på förbättrad  ventilation och inomhusklimat. Slutligen presenterades energibesparingsåtgärder som företaget kan göra för att minska energibehovet och samtidigt förbättra den termiska komforten.

This diploma thesis deals with preparation and subsequent characterization of albumin (BSA) and mixed hyaluronan-albumin (HA+BSA) hydrogels. The experimental characterization was based on the rheological measurements of the influence of ionic strength, pH and molar mass of HA on the gelation process and the properties of formed gels, as well as the time stability of these properties. Following object of the study was swelling of hydrogels in water and buffers with different pH value. Characterization was extended by thermal analysis, morphology description using scanning electron microscopy (SEM) and study of transport properties of hydrogels for selected model substance. Due to increasing ionic strength, the gel point was shifted towards higher temperature values and the resulting gels exhibited higher values of complex moduli. In case when pH was lower than isoelectric point of BSA, attractive electrostatic interactions between albumin and hyaluronan took place and the faster gelation occurred, compared to the case when pH was higher than isoelectric point of BSA. On the contrary, values of complex moduli increased with increasing pH. The gel samples prepared in the presence of low molecular weight HA reached higher values of complex moduli, compared to samples with the high molecular weight HA. Rheological properties of BSA gels were stable over time, whereas the mixed HA+BSA were characterized by significant decrease of complex moduli during the first three days of storage. Due to heating up to 100 °C, more than 80 % of the weight of studied samples was lost, as a result of water evaporation. Further heating of hydrogels, up to 250 °C, did not cause other changes associated with weight loss, in contrast with crystalline powder BSA, in which another weight loss at 220 °C was observed, as a result of the beginning degradation. Swelling studies, as well as SEM images, indicated higher crosslink density of BSA gels, compared to HA+BSA samples, which exhibited higher values of swelling ratio. The lowest values of equilibrium swelling ratio were observed at pH 4, which is close to the isoelectric point of albumin. Calculated diffusion coefficients relative to diffusivity of methylene blue in water ranged between the order of 10E-2 for diffusion into physiological solution and the order of 10E-3 for the diffusion into water. Ongoing transport of model dye from gel to solution was significantly slower, compared to its diffusion in water, as a result of gel porosity and electrostatic immobilization of positively charged molecules of methylene blue on the negatively charged BSA and HA chains.

Inomhusklimatet har en avgörande roll för människans hälsa och välmående då människor befinner sig inomhus i nästan halva sitt liv. Det finns flera aspekter till hur det ska erhållas ett bra inomhusklimat men de mer betydelsefulla aspekterna är både god luftkvalitet och termisk komfort. Samtidigt som innebörden av reducering av energianvändning har en viktig roll i dagens utveckling. Då det ständigt arbetas med att försöka reducera energianvändningen i syfte till att underlätta för miljö- belastningen, väcker det frågor om hur den termiska komforten påverkas av detta. Rapportens syfte kommer därmed ligga i identifikation av uppvärmningssystem för ett givet flerbostadshus i Stockholmsområdet med fokus på termisk komfort och energianvändning. Utvärderingen baseras på olika typer av inverkan från diverse system som har utförts med beräkningssprogrammet IDA ICE. Ett referensfall för ett flerbostadshus användes som underlag och modellerades enligt A- och K-ritningar samt indata enligt Sveby. Det kommer även att inkludera de miljöcertifieringar som används i störst utsträckning här i Sverige och både ange deras krav gällande den termiska komforten samt respektive fokusområde då olika miljöcertifieringar har olika bedömningskriterier.   Under denna studie visade det sig att det sällan tas hänsyn till den termiska komforten på motsvarande sätt som energianvändningen. Det har även visat sig att i de fall där krav gällande den termiska komforten finns, är den otillräckligt definierad för att ge en god uppfattning av komforten. Kraven tar, med andra ord, inte hänsyn till hur bra ett hus presterar under ett helt år utan fokuserar på ett momentant värde. Till simuleringen gjordes en känslighetsanalys som påvisade vikten och behovet av en tydlig standard för odefinierade variabler för att uttrycka människors bedömning av termisk komfort. Efter samtliga simuleringarna, granskades energiberäkningar efter erhållen granskningsmall från WSP Systems i syfte att utföra en egenkontroll samt ge ett underlag för rimlighetsbedömning. Från de erhållna resultaten visade det sig att golvvärme och ökad börvärde till 22 °C gav en ökad termisk komfort men samtidigt en ökning i energianvändningen medan FTX-systemet med radiatorer gav upphov till reducerad energianvändning med cirka en tredjedel samt en liten ökning av den termiska komforten. Det visade sig även vara att vid val av FTX-systemet gav högst årlig energibesparing men att det även bör tas hänsyn till installationskostnaderna för FTX-system och golvvärmesystemet till skillnad från om börvärdet ökas till 22 °C. Det blir då en kostnadsfråga och en avgörande parameter för val bland dessa tre systemen.
The indoor climate plays a crucial role in human health and well-being when people are indoors for nearly half their life. There are several aspects to how one should achieve good indoor climate, but the more significant aspects are both good air quality and thermal comfort. Simultaneously one must regard that the reduction of energy has an important role in today’s development. While trying to reduce energy consumption in order to facilitate the environmental load, it raises the questions whether the thermal comfort is affected by this.  The purpose of the report will lie in the identification of a heating system for a given apartment building in the Stockholm area, with a focus on thermal comfort and energy use. The evaluation is based on various types of impacts from various systems that have been computed in IDA ICE. A reference case for an apartment building was used as a basis and was modeled according to architectural and constructional drawings while input data was used according to Sveby. It will also include the environmental certifications used in Sweden and specify their requirements regarding the thermal comfort, and each focus area as various environmental certifications have different assessment criteria’s. During this study it was found that we rarely take into account the thermal comfort in the same way we do with the energy consumption. It has also been found that in cases where the requirements for the thermal comfort exist, it is often insufficiently defined to provide one with a good perception of comfort. The requirements do, in other words, not take into account how well a building performs during a whole year but instead focuses on one instantaneous value. For the simulation a sensitivity analysis was made that revealed the importance and necessity of a clear standard for undefined variables to express the people’s assessment of thermal comfort. After the simulation part, the energy calculations were examined according to a review template from WSP Systems. This provided a basis for fair consideration. From the obtained results it was shown that floor heating and increasing the setpoint to 22 °C gave an increased thermal comfort but at the same time an increase in energy use. An HVAC system with a heat exchanger and radiators resulted in reduced energy use by about a third from the reference case and a slight increase in current thermal comfort. It also proved that the choice of an HVAC system with heat exchanger produced the highest annual energy savings. However one must take into account installation costs for different types of systems as opposed to when the setpoint is increased to 22 °C. Thus it becomes a cost issue and a critical parameter for selecting among these three types of solutions.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Tese (Doutoramento)
IPEN/T
Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The aim of the master’s thesis is study of polymer composite system with the addition of graphite, production of test specimen and determination of their mechanical and thermal properties. The theoretical part deals with graphene, its structure, preparation and properties. Subsequently, it deals with functionalization and derivates and nanocomposites polymers with the addition of graphene are generally analyzed. The experimental deals with the preparation of selected specimens. Tensile and laternal tests and DMA were used for study.

[EN] This PhD study deals with the modelling of an adsorption system designed to provide air conditioning for vehicles, and is driven by the waste heat available from the water/glycol cooling circuit of the engine. The system is based on the sequential heating/cooling of two sorption beds containing a solid sorption material which desorbs or adsorbs water vapour. The condensation of the vapour is carried out by a cooling circuit while the subsequent evaporation of the condensed liquid is employed to produce the cooling effect, generating chilled water, which is then employed to cool down the air of the cabin. The developed model is fully dynamic and is based on zero-dimensional lumped parameter models for all the necessary components of the overall system including the engine, the beds, the heating circuit, the cooling circuit, the chilled water circuit and the vehicle cabin. The sorption bed model takes into account the non-equilibrium of the adsorption and desorption processes and is able to work with any kind of adsorbent materials, but the study has been restricted to silica gel and zeolite which are among the most appropriate materials for this application. The model is employed to simulate a standard driving cycle of a vehicle, evaluating the instantaneous available heat from the engine cooling system and the dynamic behaviour of the described sorption A/C system, resulting in the estimation of the evolution of the cabin temperature along the cycle. The model of the overall system has been developed under the MATLAB Simulink programming environment. The model of the adsorption system has been first validated against experimental results, showing its excellent capabilities to predict the dynamic behaviour of the system. The model was then used to analyse the influence of the main design parameters of the bed and the main operation parameters on the system's performance: cooling capacity and coefficient of performance (COP). This was done in order to provide rules for the optimal design and operation of this kind of systems. Finally, the model has been employed to analyse the overall system (engine, adsorption system, heating and cooling circuits, chilled water circuit and cabin) performance along a standard driving cycle, under various operation strategies with regards to the initial state of the adsorbent material in the beds, and operation conditions both for a car and a truck. The results show the difficulties of activating the system at the initial periods of the cycle, when the engine is warming up, and the difficulties to synchronise the operation of the system with the availability of waste energy. They also highlight the limitation in capacity of the designed system, showing that it would not able to fulfil the comfort requirements inside the cabin in hot days or after soaking conditions. Part of this PhD study was carried out in the frame of an R&D project called "Thermally Operated Mobile Air Conditioning Systems - TOPMACS", financially supported by the EU under the FP6 program, which was devoted to the evaluation of the feasibility and performance of potential sorption system solutions for the air conditioning of vehicles.
[ES] Esta tesis doctoral se centra en el modelado de un sistema de adsorción diseñado para proporcionar aire acondicionado de vehículos a partir del calor residual disponible en el circuito de refrigeración de agua/glicol del motor. El sistema se basa en el calentamiento/enfriamiento secuencial de dos reactores que contienen un material adsorbente sólido que desorbe o absorbe vapor de agua. La condensación del vapor se lleva a cabo mediante un circuito de refrigeración, mientras que la posterior evaporación del agua condensada se emplea para producir agua fría, que se emplea finalmente en enfriar el aire de la cabina. El modelo desarrollado es completamente dinámico y se basa en modelos cero dimensionales de parámetros concentrados, para todos y cada uno de los componentes del sistema global incluyendo el motor, los reactores, el circuito de calentamiento, el circuito de enfriamiento, el circuito de agua fría y la cabina del vehículo. El modelo del reactor contempla el no equilibrio de los procesos de adsorción o desorción y es capaz de trabajar con cualquier par de materiales adsorbentes. No obstante el estudio se ha restringido a gel de sílice y zeolita que se encuentran entre los materiales más adecuados para esta aplicación. El modelo se emplea para simular un ciclo de conducción estándar del vehículo, evaluando el calor disponible instantáneamente en el sistema de refrigeración del motor, y el comportamiento dinámico del sistema descrito adsorción-Aire Acondicionado, permitiendo como resultado principal la estimación de la evolución de la temperatura de la cabina a lo largo el ciclo. El modelo del sistema global se ha desarrollado en el marco del entorno de programación MATLAB Simulink. El modelo del sistema de adsorción se ha validado primero contra resultados experimentales demostrando las excelentes capacidades del modelo para predecir el comportamiento dinámico del sistema. A continuación, el modelo se ha aplicado para analizar la influencia de los principales parámetros de diseño del reactor, y de los principales parámetros de operación, sobre el rendimiento del sistema: la capacidad y coeficiente de operación (COP), con el fin de proporcionar directrices para el diseño y operación óptima de este tipo de sistemas. Por último, el modelo ha sido empleado para analizar el funcionamiento y prestaciones del sistema en su conjunto (motor, sistema de absorción, los circuitos de calefacción y refrigeración, circuito de agua fría, y la cabina) a lo largo de un ciclo de conducción estándar, bajo diferentes estrategias de operación en lo que se refiere al estado inicial del material adsorbente en los reactores, y las condiciones de operación, para el caso de un coche, y para el de un camión. Los resultados muestran las dificultades de la activación del sistema en los periodos iniciales del ciclo, cuando el motor se está calentando, y las dificultades para sincronizar el funcionamiento del sistema con la disponibilidad de energía térmica excedente del motor, así como la limitación en la capacidad de enfriamiento del sistema diseñado, que no resulta capaz de satisfacer los requerimientos mínimos de confort dentro de la cabina en los días calurosos o de enfriarlo con suficiente rapidez cuando el vehículo ha estado estacionado bajo el sol durante varias horas. Parte de este estudio de doctorado se ha llevado a cabo en el marco de un proyecto de I + D denominado " Thermally Operated Mobile Air Conditioning Systems - TOPMACS", financiado parcialmente por la UE en el marco del programa FP6, y que perseguía la evaluación de la viabilidad y el potencial de aplicación de soluciones de sistemas de adsorción activadas por el calor residual del motor para el aire acondicionado de vehículos.
[CAT] Aquesta tesi doctoral es centra en el model d'un sistema d'adsorció dissenyat per a proporcionar aire acondicionat a vehicles a partir de la calor residual disponible al circuit de refrigeració d'aigua / glicol del motor. El sistema es basa en l'escalfament / refredament seqüencial de dos reactors que contenen un material adsorbent sòlid que desorbeix o absorbeix vapor d'aigua. La condensació del vapor es porta a terme mitjançant un circuit de refrigeració, mentre que la posterior evaporació de l'aigua condensada s'utilitza per a produir aigua freda, que s'empra finalment en refredar l'aire de la cabina. El model desenvolupat és completament dinàmic i es basa en models zero dimensionals de paràmetres concentrats, per a tots i cada un dels components del sistema global incloent el motor, els reactors, el circuit d'escalfament, el circuit de refredament, el circuit d'aigua freda i la cabina del vehicle. El model del reactor contempla el no equilibri dels processos d'adsorció o desorció i és capaç de treballar amb qualsevol parell de materials adsorbents. No obstant això, l'estudi s'ha restringit a gel de sílice i zeolita que es troben entre els materials més adequats per a aquesta aplicació. El model s'utilitza per a simular un cicle de conducció estàndard del vehicle, avaluant la calor disponible instantàniament en el sistema de refrigeració del motor, i el comportament dinàmic del sistema descrit Adsorció-Aire Acondicionat, permetent com a resultat principal l'estimació de l'evolució de la temperatura de la cabina al llarg del cicle. El model del sistema global s'ha desenvolupat en l'entorn de programació MATLAB Simulink. El model del sistema d'adsorció s'ha validat primer amb resultats experimentals demostrant les excel¿lents capacitats del model per a predir el comportament dinàmic del sistema. A continuació, el model s'ha aplicat per analitzar la influència dels principals paràmetres de disseny del reactor, i dels principals paràmetres d'operació, sobre el rendiment del sistema: la capacitat i coeficient d'operació (COP), amb la finalitat de proporcionar directrius per al disseny i operació òptima d'aquest tipus de sistemes. Finalment, el model ha estat utilitzat per analitzar el funcionament i prestacions del sistema en el seu conjunt (motor, sistema d'absorció, els circuits de calefacció i refrigeració, circuit d'aigua freda, i la cabina) al llarg d'un cicle de conducció estàndard, sota diferents estratègies d'operació pel que fa a l'estat inicial del material adsorbent en els reactors, i les condicions d'operació, per al cas d'un cotxe, i per al d'un camió. Els resultats mostren les dificultats de l'activació del sistema en els períodes inicials del cicle, quan el motor s'està escalfant, i les dificultats per sincronitzar el funcionament del sistema amb la disponibilitat d'energia tèrmica excedent del motor, així com la limitació en la capacitat de refredament del sistema dissenyat, que no resulta capaç de satisfer els requeriments mínims de confort dins de la cabina en els dies calorosos o de refredar amb suficient rapidesa quan el vehicle ha estat estacionat sota el sol durant diverses hores. Part d'aquest estudi de doctorat s'ha dut a terme en el marc d'un projecte d'I + D denominat "Thermally Operated Mobile Air Conditioning Systems - TOPMACS", finançat parcialment per la UE en el marc del programa FP6, i que perseguia l'avaluació de la viabilitat i el potencial d'aplicació de solucions de sistemes d'adsorció activats per la calor residual del motor per a l'aire condicionat de vehicles.
Verde Trindade, M. (2015). MODELLING AND OPTIMIZATION OF AN ADSORPTION COOLING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE APPLICATIONS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54120
TESIS

Se pretende obtener un material semibiodegradable basado en ácido hialurónico químicamente enlazado a cadenas de polímeros acrílicos. Los hidrogeles de ácido hialurónico presentan en general buenas características para su utilización en regeneración del sistema nervioso central: es biodegradable, es un componente importante del tejido neural, sus propiedades mecánicas son semejantes a las del tejido cerebral, promueve la formación de nuevos capilares (angiogénesis), y limita la inflamación. Con este nuevo material se pretende mejorar el excesivo grado de hinchado en medio fisiológico, su rápida degradación, mejorar la adhesión celular, además la matriz permanente de las cadenas acrílicas pueden actuar como un soporte permanente durante el proceso regenerativo sin que se produzca una pérdida brusca de propiedades mecánicas y estructurales. El trabajo consiste en caracterizar este nuevo material así como los productos intermedios necesarios para su obtención final, comparándolo con las propiedades de un hidrogel de ácido hialurónico sin incorporar cadenas acrílicas. Los estudios celulares se llevaran a cabo in vitro, como fase preliminar para futuros implantes en el cortex cerebral, estudiando la capacidad de diferenciación de precursores neurales y de generación de nuevos capilares con el fenotipo típico de la barrera hematoencefálica, mediante el estudio de cocultivos de precursores neurales y células endoteliales.
Perez Garnes, M. (2015). Structures based on semi-degradable biomaterials for neural regeneration in the central nervous system [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48799
TESIS

This diploma thesis deals with the problems associated with acquisition of experimental data from technological unit for biomass combustion with nominal capacity of 1 MW, with regard to determination of thermal efficiency. In the introduction part, parameters of currently available biomass-based fuels as well as of those with large potential in the future are summarized. Further, a review in the field of biomass combustion technology is given. Biomass boilers are compared according to their technical parameters, function and benefits and drawbacks. In theoretical part methods for determination of thermal efficiency by direct method, indirect method and modified indirect method are described. Main parameters influencing resultant values of efficiency are included into the analysis. In final part an evaluation of real operational data from prototype unit combusting wooden chips is made. Recommendations for further experimental data gathering and their processing with the aim to evaluate thermal efficiency are suggested.

The aim of this Thesis is to investigate the use of hyaluronic acid as a material for the design of scaffolds aimed at CNS regeneration. The motivation comes from the need of searching for new strategies that allow regeneration in the central nervous system. In degenerative diseases, such as Parkinson's disease, where the progressive loss of neuronal subpopulations occurs, a permissive environment able to support regeneration and connectivity of neurons from the host tissue may be a promising therapy to recover lost functionalities. In this Thesis we have focused on the development of structures able to integrate within the brain, supporting neural cells attachment and survival. We hypothesized that hyaluronic acid provides an enabling environment and appropriate for regeneration due to its biocompatibility and diverses physiological applications. Biocompatible hydrogels based on modified hyaluronic acid were synthesized. Covalently crosslinked hyaluronic acid hydrogels, alone or in combination with acrylic polymers, were synthesized and permitted to develop different porous structures which may serve in different applications as cell supply, cell repopulation or tissue regeneration. Highly porous with interconnected spherical pores, hollow tubes or multichanneled scaffolds were developed. The processes allow for a wide range of shapes for different applications within the scope of central nervous system regeneration. Furthermore, in vitro culture of human cell lines together with biomaterials was performed. A human microvascular endothelial cell line (hCMEC/D3) and a human glioma cell line (U373) were chosen for the studies. Experiments were focused on the interaction between hyaluronan based scaffolds and those cell lines composing the blood-brain-barrier (BBB) in the central nervous system. Biocompatibility, viability and phenotype characteristics were assessed.
Baiget Orts, MA. (2012). HYALURONAN BASED BIOMATERIALS FOR CENTRAL NERVOUS TISSUE REGENERATION [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14576
Palancia

This thesis presents techniques for improving building HVAC system performance in existing buildings generated using simulation-based tools and real data. Therefore, one of the aims has been to research the needs and possibilities to assess and improve building HVAC system performance. In addition, this thesis aims at an advanced utilization of building energy management system (BEMS) and the provision of useful information to building operators using simulation tools.

Buildings are becoming more complex systems with many elements, while BEMS provide many data about the building systems. There are, however, many faults and issues in building performance, but there are legislative and cost-benefit forces induced by energy savings. Therefore, both BEMS and the computer-based tools have to be utilized more efficiently to improve building performance.

The thesis consists of four main parts that can be read separately. The first part explains the term commissioning and the commissioning tool work principal based on literature reviews. The second part presents practical experiences and issues introduced through the work on this study. The third part deals with the computer-based tools application in design and operation. This part is divided into two chapters. The first deals with improvement in the design, and the second deals with the improvement in the control strategies. The last part of the thesis gives several rules for fault diagnosis developed using simulation tools. In addition, this part aims at the practical explanation of the faults in the building HVAC systems.

The practical background for the thesis was obtained though two surveys. The first survey was carried out with the aim to find the commissioning targets in Norwegian building facilities. In that way, an overview of the most typical buildings, HVAC equipment, and their related problems was obtained. An on-site survey was carried out on an example building, which was beneficial for introducing the building maintenance structure and the real hydronic heating system faults.

Coupled simulation and optimization programs (EnergyPlus and GenOpt) were utilized for improving the building performances. These tools were used for improving the design and the control strategies in the HVAC systems. Buildings with a hydronic heating system were analyzed for the purpose of improving the design. Since there are issues in using the optimization tool, GenOpt, a few procedures for different practical problems have been suggested. The optimization results show that the choice of the optimization functions influences significantly the design parameters for the hydronic heating system.

Since building construction and equipment characteristics are changing over time, there is a need to find new control strategies which can meet the actual building demand. This problem has been also elaborated on by using EnergyPlus and GenOpt. The control strategies in two different HVAC systems were analyzed, including the hydronic heating system and the ventilation system with the recovery wheel. The developed approach for the strategy optimization includes: involving the optimization variables and the objective function and developing information flow for handling the optimization process.

The real data obtained from BEMS and the additional measurements have been utilized to explain faults in the hydronic heating system. To couple real data and the simple heat balance model, the procedure for the model calibration by use of an optimization algorithm has been developed. Using this model, three operating faults in the hydronic heating system have been elaborated.

Using the simulation tools EnergyPlus and TRNSYS, several fault detection and diagnosis (FDD) rules have been generated. The FDD rules were established in three steps: testing different faults, calculating the performance indices (PI), and classifying the observed PIs. These rules have been established for the air cooling system and the hydronic heating system. The rules can diagnose the control and the component faults. Finally, analyzing the causes and the effects of the tested faults, useful information for the building maintenance has been descriptively explained.

The most important conclusions are related to a practical connection of the real data and simulation-based tools. For a complete understanding of system faults, it is necessary to provide real-life information. Even though BEMS provides many building data, it was proven that BEMS is not completely utilized. Therefore, the control strategies can always be improved and tuned to the actual building demands using the simulation and optimization tools. It was proven that many different FDD rules for HVAC systems can be generated using the simulation tools. Therefore, these FDD rules can be used as manual instructions for the building operators or as a framework for the automated FDD algorithms.

Denne avhandlingen presenterer noen fremgangsmåter for forbedring av ytelser for VVS-tekniske anlegg i eksisterende bygninger basert på bruk av simuleringsverktøy og virkelige måledata. Ett av målene har vært å undersøke behov og muligheter for vurdering og forbedring av ytelser for VVS-anlegg i bygninger. I tillegg har denne avhandlingen hatt som mål å fremme bruk av SD-anlegg samt å fremskaffe nyttig informasjon til driftspersonalet.

Bygninger blir stadig mer kompliserte systemer som inneholder flere og flere komponenter mens SD-anlegg håndterer en stadig større mengde data fra bygningsinstallasjoner. På den ene siden registreres det ofte feil og problemer med hensyn til ytelsene til de VVS-tekniske installasjonene. På den andre siden innføres det stadig strengere lovmessige pålegg og kost-nyttekrav motivert i energieffektiviseringen. SD-anlegg og databaserte verktøy bør derfor brukes mer effektivt for forbedring av ytelsene.

Avhandlingen består av fire hoveddeler hvor hver del kan leses separat. Den første delen, som er basert på literatturstudie, forklarer funksjonskontroll som begrep og prinsipper for oppbygging av verktøy for funksjonskontroll. Den andre delen presenterer praktisk erfaring og problemstillinger utviklet og behandlet i løpet av arbeidet med avhandlingen. Den tredje delen handler om anvendelse av databaserte verktøy for forbedring av ytelsen for VVS-tekniske installasjoner. Den tredje delen er delt opp i to kapitler, hvorav et handler om forbedring av systemløsninger og et om forbedring av styringsstrategier. Den siste delen presenterer flere regler for feilsøking og diagnostisering utviklet gjennom bruk av simuleringsverktøy. I tillegg gir denne delen en praktisk forklaring av feilene i de VVS-anleggene som er behandlet i undersøkelsen.

Det praktiske grunnlaget for avhandlingen er etablert gjennom to undersøkelser. Den første var en spørreundersøkelse som hadde til hensikt å kartlegge målsetninger for funksjonskontroll i norske bygninger. Gjennom dette ble det etablert en oversikt over de mest typiske bygninger med tilhørende VVS-anlegg og de mest forekommende problemene. En dypere undersøkelse ble utført på ett casebygg. Denne undersøkelsen viste seg å være nyttig både for kartlegging av betydningen av organisering av driften av bygningen og for avdekking av de virkelige feilene i det vannbårne oppvarmingssystemet.

En kobling mellom et simulerings- og et optimaliseringsprogram (EnergyPlus og GenOpt) har vært benyttet for forbedring av ytelsene for de VVS-tekniske installasjonene. Disse verktøyene har vært brukt for forbedring av både systemløsningene og styringsstrategiene for VVS-anlegg. Bygninger med vannbåren oppvarmingssystem har vært analysert for å forbedre systemløsningen. På grunn av begrensninger i bruken av optimaliseringsverktøyet GenOpt, har det blitt utviklet egne prosedyrer for håndtering av visse typer problemstillinger hvor denne begrensningen opptrer. Resultatene for optimaliseringen viser at valg av objektfunksjoner påvirker betydelig parametrene i det vannbårne oppvarmingssystemet.

Endringer i egenskapene til både bygningskonstruksjoner og utstyr som skjer på grunn av aldring over tiden, gjør det nødvendig med tilpassning av styringsstrategier slik at det virkelige behovet kan bli dekket. Denne problemstillingen har vært analysert ved bruk av EnergyPlus og GenOpt. Styringsstrategiene for to forskjellige VVS-anlegg, et vannbåret oppvarmingssystem og et ventilasjonsanlegg med varmegjenvinner har blitt behandlet. Den utviklete prosedyren for optimalisering av styringsstrategien består av følgende steg: innføring av optimaliseringsvariabler og objektfunksjon, samt utvikling av informasjonsflyt for behandling av optimaliseringsprosessen.

De virkelige data, både fra SD-anlegg og tilleggsmålinger, har vært benyttet for praktisk forklaring av feilene i oppvarmingssystemet. En prosedyre for modellkalibrering basert på bruk av en optimaliseringsalgoritme som kobler sammen de virkelige data og en enkel varmebalansemodell har blitt foreslått. Tre konkrete driftsfeil i oppvarmingssystemet har blitt belyst gjennom bruk av denne varmebalansemodellen.

Flere regler for feilsøking og diagnostisering har blitt utviklet ved hjelp av simuleringsverktøyene EnergyPlus and TRNSYS. Denne utviklingen har bestått av tre ulike steg: testing av bestemte feil, beregning av ytelsesindikatorer og til slutt klassifisering av de observerte ytelsesindikatorer. Reglene har blitt utviklet for et system av aggregater for luftkjøling og for et vannbåret oppvarmingssystem. Reglene kan diagnostisere både styringsfeil og komponentfeil. Til slutt presenteres informasjon som er nyttig for drift av VVS-tekniske installasjoner i bygninger basert på en analyse av årsakene for og virkningene av de feil som er behandlet.

De viktigste konklusjonene er knyttet til praktisk kombinasjon av virkelige måleverdier og simuleringsverktøy. Informasjon fra det virkelig liv er helt nødvendig for å få en god forståelse av feil som oppstår i anlegg. Det er også vist at potensialet som ligger i alle de data som er tilgjengelige gjennom SD-anlegg, ikke er fullt utnyttet. Gjennom bruk av simuleringsverktøy kan styringsstrategiene alltid bli bedre tilpasset og innjustert til de virkelige behov i bygningen. Simuleringsverktøy kan også brukes for utvikling av prosedyrer for feilsøking og diagnostisering i VVS-tekniske anlegg. Disse prosedyrene kan brukes enten som en veileder for manuell feilsøking og detektering eller som grunnlag for utvikling av automatiserte algoritmer.

Paper II, VI and VII are reprinted with kind permission from Elsevier, sciencedirect.com

This thesis summarises the work performed within the project known as ICE-COOL at the Royal Institute of Technology (KTH) on low tem-perature applications of ice slurry. The ICE-COOL project is a Euro-pean Community funded project within the 5th Framework Program. The task given to KTH was to find and characterize the best possible aqueous solution with a freezing point of -25 °C applicable for ice slurry with an operating temperature of -35 °C. The circumstances differ for low temperature ice slurry from medium temperature as a result of for example the change in thermo-physical properties due to increased addi-tive concentration and the lower temperature.

Ice slurry is a mixture of fine ice crystals, water and freezing point de-pressant additives. The typical ice crystal size ranges between 0.1 to 1 mm in diameter. The main purpose of using ice slurries is to take advan-tage of the latent heat. More than a few requirements are to be fulfilled by an ideal ice slurry fluid. It should have good thermo-physical proper-ties, high heat transport and transfer abilities, as well as low pressure drop to facilitate small pumping power. The ice content of ice slurry af-fects all the mentioned abilities. Apart from the mentioned factors of the fluid, there are other aspects that have to be taken into consideration such as environmental pollution and toxicity, flammability, material compatibility, corrosion, handling security and cost.

This thesis reports on the experiences accomplished and the initial ex-periments performed on low temperature ice slurry. The thesis also gives the background and fundamentals necessary for a discussion and com-parison of different aqueous fluids suitable for ice slurry in general and for low temperature in particular. In addition to the low temperature ap-plication, the thesis also reports on an initial energy consumption com-parison between using ice slurry and single-phase fluid in supermarkets by means of the simulation program CyberMart developed by Jaime Arias at the Department of Energy Technology at KTH.

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-14T00:43:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coimbra_RicardoPureza_M.pdf: 4991793 bytes, checksum: 2b5fb9293ae9abe4c248964485ff74e3 (MD5) Previous issue date: 2009
Resumo: Fontes de referência de tensão e sensores de temperatura são blocos extensivamente utilizados em sistemas microeletrônicos. Como alternativa à aplicação de estruturas consolidadas, mas protegidas por acordos de propriedade intelectual, é permanente a demanda pelo desenvolvimento de novas técnicas e estruturas originais destes circuitos. Também se destaca o crescente interesse por soluções de baixa tensão, baixo consumo e compatíveis com processos convencionais de fabricação. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um circuito que atende a estas exigências, fornecendo uma tensão de referência e um sinal de sensoriamento térmico, obtidos a partir de um arranjo adequado de transistores MOS, que operam em regime de forte inversão. O princípio de operação do circuito desenvolvido foi inspirado no conceito de que é possível empilhar n transistores MOS, polarizados com corrente adequada, de tal forma que a queda de tensão sobre a pilha de transistores, com amplitude nVGS, apresente a mesma taxa de variação térmica que a tensão VGS produzida por um único transistor. Nesta condição, a diferença entre as duas tensões é constante em temperatura, constituindo-se em uma referência de tensão. No entanto, o empilhamento de dois ou mais transistores impossibilita a operação do circuito sob baixa tensão. Isto motivou a adaptação da técnica, obtendo a tensão nVGS com o auxílio de um arranjo de resistores, sem o empilhamento de transistores. Desta forma, o potencial limitante da tensão mínima de alimentação tornou-se a própria tensão de referência, cuja amplitude é próxima de um único VGS. A estrutura desenvolvida fornece também um sinal de tensão com dependência aproximadamente linear com a temperatura absoluta, que pode ser aplicado para sensoriamento térmico. Foram fabricados protótipos correspondentes a diversas versões de dimensionamento do circuito para comprovação experimental de seu princípio de operação. O melhor desempenho verificado corresponde à geração de uma tensão de referência com coeficiente térmico de 8,7ppm/ºC, no intervalo de -40ºC a 120ºC, operando com tensão de 1V. Embora o estado da arte seja representado por índices tão baixos quanto 1ppm/ºC, para a mesma faixa de temperatura, a característica compacta do circuito e seu potencial de aplicação sob as condições de baixa tensão e baixo consumo lhe conferem valor como contribuição para este campo de pesquisa e desenvolvimento.
Abstract: Voltage references and temperature sensors are blocks extensively used in microelectronic systems. As an alternative to the use of consolidated structures that are protected by intellectual property agreements, there is a permanent demand for the development of new techniques and structures for these circuits. It can be also highlighted the growing interest for low-voltage and low-power solutions, implemented in conventional IC technologies. This work describes the development of a circuit that meets these requirements by providing a voltage reference and temperature sensing signal obtained from a suitable arrangement of MOS transistors biased in strong inversion. The operation principle of the circuit developed is based on the concept that it is possible for a stack of n MOS transistors, biased by an appropriate current, to show a voltage drop, equal to nVGS, with the same thermal variation rate as a VGS voltage produced by a single transistor. Hence, the difference between the two voltage signals is temperature independent, characterizing a voltage reference. However, the stacking of two or more transistors prevents the operation of the circuit under low voltage. This fact motivated to adapt the technique by obtaining the voltage nVGS with the aid of an array of resistors and no stacked transistors. The minimum supply voltage becomes limited only by the reference voltage itself, whose amplitude is close to a single VGS. The circuit developed also provides a voltage signal almost linearly dependent with the absolute temperature, which can be applied for thermal sensing. Prototypes corresponding to various dimensional versions of the circuit were produced to experimentally verify the principle of operation. The best performance corresponds to the generation of a voltage reference signal with 8.7ppm/ºC thermal coefficient, from -40ºC to 120ºC, under a 1V supply voltage. Although the state of the art is represented by values as low as 1ppm/ºC, at the same temperature range, the circuit's compact aspect together with the possibility to attend low-voltage and low-power requirements grants it value as contribution to this field of research and development
Mestrado
Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica
Mestre em Engenharia Elétrica

[ES] A pesar de la tendencia actual hacia la electrificación del transporte por carretera, los motores de combustión interna alternativos han sido esenciales en este sector y se espera que sigan siendo una tecnología con notable presencia durante las próximas décadas. Los vehículos de pasajeros actuales basados en motores de combustión interna son más ecológicos que los utilizados hace años, aunque todavía queda trabajo por hacer. Los sistemas de postratamiento están enfocados a minimizar tanto como sea posible el impacto de los motores de combustión interna en términos de emisiones contaminantes. En el caso de los motores de encendido provocado, los catalizadores de tres vías representan la tecnología más extendida en las últimas décadas, debido a su compacidad y buena relación precio-prestaciones. Estos convertidores son capaces de oxidar hidrocarburos y monóxido de carbono al mismo tiempo que reducen los óxidos de nitrógeno. No obstante, para lograr su mejor eficiencia, el dosado debe controlarse con precisión en torno a condiciones estequiométricas. En este sentido, los sistemas electrónicos de gestión del motor son esenciales para aprovechar las características de estos convertidores. En particular, las estrategias de control y diagnóstico desempeñan un papel clave para lograr una reducción efectiva de las emisiones en el amplio rango de condiciones de operación que se dan en condiciones de funcionamiento reales. El desarrollo de estas estrategias es fundamental, especialmente teniendo en cuenta el bajo nivel de emisiones permitido por las normativas de emisiones actuales y la tendencia hacia cero emisiones. El propósito de esta tesis doctoral es analizar el comportamiento del sistema de postratamiento en condiciones específicas pero a la vez muy comunes en conducción real, y desarrollar estrategias que proporcionen una reducción adicional de las emisiones en sistemas basados en catalizador de tres vías. Con la popularización de pequeños motores turboalimentados de encendido provocado, ha aumentado el uso de estrategias de barrido de la cámara de combustión para mitigar los típicos problemas de falta de par a bajo régimen. Esta tesis analiza el impacto de los pulsos de cortocircuito en el catalizador y en las sondas ¿. El proceso de cortocircuito de aire fresco al escape tiene un impacto importante en la dinámica intraciclo de la composición de los gases de escape. En particular, los pulsos de monóxido de carbono e hidrógeno seguidos por los pulsos de aire fresco perturban el normal funcionamiento del sensor de oxígeno. Por lo tanto, se ha propuesto un nuevo método para estimar la tasa de cortocircuito abordo. Este método permite corregir la desviación sufrida por el sensor y, por lo tanto, ayuda a reducir la penalización en emisiones de este tipo de estrategias. Para mejorar la eficiencia del catalizador en condiciones transitorias, no solo se requiere un control preciso del dosado aguas arriba del catalizador, sino que también resulta imprescindible considerar el comportamiento dinámico del convertidor en sí mismo. Por ejemplo, el almacenamiento de oxígeno es un buen indicador del estado del catalizador, pero no se puede medir directamente mediante sensores. Por lo tanto, el desarrollo de modelos es clave en las estrategias de control actuales, para poder estimar abordo diferentes parámetros relacionados con el estado del catalizador. Varios modelos de catalizador se han desarrollado en esta tesis doctoral para lidiar con diferentes cuestiones, desde la predicción de los efectos de la condensación de agua en la evolución de la temperatura del catalizador justo después del arranque en frío, a la cuantificación del nivel de envejecimiento, pasando por el control óptimo de purga del catalizador.
[CAT] Malgrat la tendència actual cap a l'electrificació del transport per carretera, els motors de combustió interna alternatius han sigut essencials en aquest sector i s'espera que continuen sent una tecnologia amb notable presència durant les pròximes dècades. Els vehicles de passatgers actuals basats en motors de combustió interna són més ecològics que els utilitzats fa anys, encara que hi ha treball per fer. Els sistemes de post-tractament estan enfocats a minimitzar tant com siga possible l'impacte dels motors de combustió interna en termes d'emissions contaminants. En el cas dels motors d'encés provocat, els catalitzadors de tres vies representen la tecnologia més estesa en les últimes dècades, pel fet que són compactes i posseeixen bona relació preu-prestacions. Aquests convertidors són capaços d'oxidar hidrocarburs i monòxid de carboni al mateix temps que redueixen els òxids de nitrogen. No obstant això, per a aconseguir la seua millor eficiència, el dosatge ha de controlar-se amb precisió entorn de condicions estequiomètriques. En aquest sentit, els sistemes electrònics de gestió del motor són essencials per a aprofitar les característiques d'aquests convertidors. En particular, les estratègies de control i diagnòstic exerceixen un paper clau per aconseguir una reducció efectiva de les emissions en l'ampli rang de condicions d'operació que es donen en condicions de funcionament reals. El desenvolupament d'aquestes estratègies és fonamental, especialment tenint en compte el baix nivell d'emissions permès per les normatives actuals i la tendència cap a zero emissions. El propòsit d'aquesta tesi doctoral és analitzar el comportament del sistema de post-tractament en condicions específiques però alhora molt comunes en conducció real, i desenvolupar estratègies que proporcionen una reducció addicional de les emissions en sistemes basats en catalitzador de tres vies. Amb la popularització de xicotets motors amb sobrealimentació d'encés provocat, ha augmentat l'ús d'estratègies de curtcircuit per a mitigar els típics problemes de falta de parell a baix règim. Aquesta tesi analitza l'impacte dels polsos de curtcircuit en el catalitzador i en les sondes ¿. El procés de curtcircuit d'aire fresc té un impacte important en la dinàmica intra-cicle de la composició dels gasos. En particular, els polsos de monòxid de carboni i hidrogen seguits pels polsos d'aire fresc pertorben el normal funcionament del sensor d'oxigen. Per tant, s'ha proposat un nou mètode per a estimar la taxa de curtcircuit del motor. Aquest mètode permet corregir la desviació patida pel sensor i, per tant, ajuda a reduir la penalització en emissions d'aquest tipus d'estratègies. Per a millorar l'eficiència del catalitzador en condicions transitòries, no solament es requereix un control precís del dosatge aigües amunt del catalitzador, sinó que també resulta imprescindible considerar el comportament dinàmic del convertidor en si mateix. Per exemple, l'emmagatzematge d'oxigen és un bon indicador de l'estat del catalitzador, però no es pot mesurar directament mitjançant sensors. Per tant, el desenvolupament de models és clau en les estratègies de control actuals, per poder estimar els diferents paràmetres relacionats amb l'estat del catalitzador. Diversos models de catalitzador s'han desenvolupat en aquesta tesi doctoral per a tractar diferents qüestions, des de la predicció dels efectes de la condensació d'aigua en l'evolució de la temperatura del catalitzador just després de l'arrencada en fred, a la quantificació del nivell d'envelliment, passant pel control òptim de porga del catalitzador.
[EN] In spite of the current tendency towards the electrification of the road transport, internal combustion engines have been essential in this sector and it is expected to continue being a technology with a noticeable presence during next decades. Current passenger cars based on internal combustion engines are greener than those used years ago, although it is still a developing process. Aftertreatment systems are aimed to minimize as much a possible the impact of internal combustion engines in terms of pollutant emissions. In case of spark-ignited engines, three-way catalytic converters represent the most widespread technology during last decades, due to their compactness and cost-performance. These converters are capable to oxidise hydrocarbons and carbon monoxide while simultaneously reducing nitrogen oxide. Nonetheless, to achieve their best efficiency, the air-to-fuel ratio must be accurately controlled close to stoichiometric conditions. In this sense, electronic engine management systems are essential to take advantage of the features of these converters. In particular, control and diagnosis strategies play a key role to achieve an effective emissions reduction under the wide range of operating conditions that arise in real driving conditions. The further development of this strategies is fundamental, especially taking into account the low emissions level allowed by current regulatory procedures and the trend towards zero emissions. The purpose of this dissertation is to analyse the behaviour of the aftertreatment system under very specific but at the same time very common conditions, and developing strategies that provide a further emissions reduction for systems based on three-way catalyst. With the popularization of small turbocharged spark-ignited engines, the use of scavenging strategies to solve the typical low-end torque issues has increased. This dissertation analyses the impact of the short-circuit pulses on both three-way catalyst and ¿ sensors. The short-circuit process has an important effect on the in-cycle dynamics of the exhaust gas composition. In particular, the carbon monoxide and hydrogen pulses followed by fresh air pulses cause a sensor bias. Thus a new method to on-line estimate the short-circuit rate has been proposed. This method allows to correct the sensor bias and, therefore, help to reduce the emissions penalty. To improve the TWC efficiency under transient conditions, not only an accurate air-to-fuel ratio control upstream of the converter is required, but also to consider the dynamic behaviour of the converter itself. For example, the oxygen storage is the main responsible for the converter dynamics, and thus, a good indicator of the catalyst state, but it cannot be directly measured. Hence the development of models is key in current control strategies, to on-line track different parameters related with the state of the converter. Several models have been derived in this dissertation in order to fulfil different requirements, from the prediction of water condensation effects on the temperature evolution inside the converter just after cold-start, to the quantification of the ageing level, through the optimal catalyst purge control, or the air-to-fuel ratio disturbances rejection.
Real Minuesa, M. (2020). Modelling, control and diagnosis of aftertreatment systems based on three-way catalyst in spark-ignited engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/137040
TESIS

Att arbeta mot minskad klimatpåverkan är centralt i dagens samhälle och ett måste för en hållbar utveckling. Ett omdiskuterat område är utfasningen av äldre, fossilt baserad, elproduktion för att ge plats åt förnybar elproduktion. Det vill säga ”grön el”. Solceller, en typ av grön el, har under de senaste åren blivit billigare. Detta kan ses på den ökade installerade effekten varje år bland flerbostadshus från att Sverige började med ekonomiska bidrag till solceller år 2006. Solceller får en ökad verkningsgrad av högre instrålning men även av en lägre celltemperatur. Samtidigt gynnas värmepumpar, som är vanligt för fastighetsuppvärmning, av ett ökat COP om den tillkopplade köldbäraren når värmepumpen med en högre temperatur vilket ökar potentialen att leverera värme. Då solceller gynnas av låg temperatur och värmepumpen gynnas av hög köldbärartemperatur finns det ett motiv för värmeväxling mellan enheterna – termisk samverkan. Syftet med examensarbetet blir att öka kunskap genom en systemanalys om hur solceller och värmepump kan samverka i ett energi- och kostnadseffektivare energisystem via termisk samverkan. I examensarbetet har två modeller av en fastighets energisystem byggts; med och utan termisk samverkan mellan värmepump och solceller. I energisystemet ingår fastighetens värme- och elsystem och är placerat i Karlstad. Värmesystemet består av frånluftvärmepump med fjärrvärme som spets och elsystemet består av fastighets- och hushållsel samt solceller. Resultat från modellerna jämförs med varandra med fokus på inköp av el och fjärrvärme, försäljning av el, koldioxidutsläpp och ekonomi. Resultatet från båda modellerna har även undersökts och jämförts i 8 scenarier. Scenarierna ändrar på systemutformning och väderfaktorer, exempelvis optimering av elproduktion eller byte av geografisk placering. Modellerna är byggda i Matlabs modelleringsprogram Simulink och grundas på energibalanser. Data fås från intressenten av detta arbete (HSB Värmland), produktblad för solpanelerna (där en solpanel är en matris av solceller), egna mätningar från fastigheten, antaganden och liknande försök från vetenskapliga artiklar. Koldioxidutsläpp från el baseras på marginalelsprincipen. Resultatet av ett energisystem i en fastighet i Karlstad med termisk samverkan mellan solceller och frånluftvärmepump bidrar till minskat koldioxidutsläpp på 1239 kg/år och 448 kg/år för kort respektive lång sikt. Årskostnaden minskar med 290 kr/år vilket gör det svårt att motivera termisk samverkan ur ett ekonomiskt perspektiv. Detta för att investeringskostnaden maximalt får nå 7250 kr över 25 år för att termisk samverkan ska vara ekonomiskt gynnsamt. Inköpet av el minskar och försäljningen av el samt inköpet av fjärrvärme ökar. Årsmedelvärdet för värmepumpens COP ökar från 4,56 till 5,30 och årsmedelvärdet för solcellernas verkningsgrad ökar från 21,15 till 21,16 %. Ett samverkande system har potentialen att bli mer attraktivt om elpriset ökar. I scenarioanalysen uppkommer ett scenario, när elproduktionen från solcellerna optimeras, som medför betydligt lägre årskostnad från ett termiskt samverkande system jämfört med andra scenarier. Detta scenario medför reglering av köldbärarflöde, värmeväxlararea och tillsätter extern kylning. Årskostnaden av ett termiskt samverkande system minskas med 1920 kr/år till följd av denna systemutformning. Eftersom flera regleringar behöver göras anses detta scenario som komplicerat att få praktiskt genomförbart. Ett scenario, när det samverkande systemet utformas utan frånluftåtervinning, är potentiellt ekonomiskt gynnsamt för nybyggnation av värmesystem. Scenariot medför att ett termiskt samverkande system ger minskad årskostnad jämfört mot ett icke-samverkande system med frånluftåtervinning. Det förväntas att nya värmesystem kan konstrueras utan frånluftåtervinning och därmed minska investeringskostnaden för nybyggnation. Eftersom investerings- och driftkostnader av frånluftåtervinning inte har hanterats i detta arbete behövs det vidare studier. Termisk samverkan blir mer gynnsamt i varmare länder än Sverige men bidrar inte till minskat koldioxidutsläpp i lika hög grad. Det uppkom att om energisystemet placeras i Kiruna ökar både årskostnaden och koldioxidutsläppen. När energisystemet placeras i Lund var resultaten liknande mot i Karlstad. Detta för att klimatdata från Lund efterliknar klimatdata från Karlstad. När energisystemet placerades och jämfördes i Aten (Grekland) minskade årskostnaden och bidrog till minskat koldioxidutsläpp. Årskostnaden för systemet placerat i Aten blev lägre än årskostnaden i Lund men koldioxidutsläppet i Aten blev högre än koldioxidutsläppet i Lund. Eftersom systemet i Lund medför lägre koldioxidutsläpp än i Kiruna och Aten kan det finnas en brytpunkt i lokalt klimat där koldioxidutsläppen är som lägst från ett samverkande system.
It is discussed in today’s society to reduce the carbon dioxide emissions by replacing old, fossil fueled, electricity production with new, renewable and “green” ways of producing electricity. Photovoltaics have lately become cheaper which can be seen by looking at the increase in installed electric power from apartment buildings for each year in Sweden. This is mainly caused by the introduction of subsidies towards photovoltaics in 2006 from the Swedish state. The efficiency of photovoltaics increases when the solar radiation is higher but decreases with increasing cell temperature of the photovoltaic cells. The COP of heat pumps, which is commonly used for heating apartment buildings, is increased with increased brine temperature which increases the potential of heating. This means that photovoltaics can benefit from a cold brine while heat pumps can benefit from a higher brine temperature by heat exchanging with photovoltaics. Thermal cooperation is possible. The purpose of the study is to do a system analysis of how photovoltaics and heat pump can cooperate in an energy and cost-efficient energy system through thermal cooperation. Two models, of an energy system in an apartment building located in Karlstad, have been built in this study; with and without thermal cooperation between heat pump and photovoltaics. The energy system is divided in two subsystems; heating and electricity system. The heating system consists of an exhaust air heat pump with district heating during peaks and the electricity system consists of the electricity demand from the apartment building and photovoltaics. The results of the models are compared with focus on purchase of electricity and district heating, selling of electricity, carbon dioxide emissions and economical costs. The results from the models have also been analyzed and compared in 8 different scenarios. The scenarios change the configuration of the energy system and weather factor. Examples of scenarios that have been analyzed are optimization of electricity production and change of geographical location. The models are built in Matlabs modeling program Simulink and are based on energy balances. Data is gathered with help from HSB Värmland, product sheet of the solar panels (one solar panel is a matrix of several photovoltaics), own measurements, assumptions and similar studies from scientific articles. Carbon dioxide emissions are based on the merit order curve for electricity production (“marginal-energy-principle”). An energy system in Karlstad with thermal cooperation, between photovoltaics and exhaust air heat pump, contributes to reduced carbon dioxide emissions by 1239 kg/year (short term) and 448 kg/year (long term). However, it is hard to warrant thermal cooperation from an economical perspective with th. This is because the investment costs of an energy system with thermal cooperation is only allowed to reach a maximum of 7250 kr over 25 years for it to be economically profitable. The amount of electricity that needs to be purchased decreases and the amount of electricity that is sold as well as district heating purchased increases. The yearly average COP of the heat pump increases from 4,56 to 5,30 and the yearly average solar panel efficiency increases from 21,15 to 21,16 %. If the price of electricity increases, then thermal cooperation will become more profitable. One scenario from the scenario analysis stands out in comparison with other scenarios due to reduced yearly costs from a cooperating system of 1920 kr/year. This is when the electricity production from the photovoltaics are optimized. However, this scenario requires adjustments in brine flow, heat exchanger area and external cooling which can cause practical complications. One scenario has the potential to become economically profitable with the construction of new heating systems. This is when the exhaust air recycling is removed from the heating system. The removal of exhaust air recycling in a cooperating system contributes to lower yearly costs but not as low as a cooperating system with exhaust air recycling. However, this might mean that the construction of new heating systems can be profitable without exhaust air recycling because the investment cost of the exhaust air recycling is removed. Since this study has not taken investment and operating costs of exhaust air recycling into account, further studies are needed to determine this. Thermal cooperation is more profitable in warmer countries than Sweden but does not contribute to as low reduction in carbon dioxide emissions. When the energy system is placed in Kiruna, Sweden, it causes both the yearly cost and carbon dioxide emissions to increase. The energy system is placed in Lund, Sweden, yielded similar results as if the system was placed in Karlstad, Sweden. The yearly cost and carbon dioxide emissions decreased when the energy system was placed in Athens, Greece. However, when comparing the energy systems in Athens and Lund, Athens had the lower yearly cost but higher carbon dioxide emissions. Since the energy system placed in Lund contributes to the lowest carbon dioxide emissions in comparison to both Kiruna and Athens then there might be a break point in relation to local climate where the emissions are the lowest possible.

[EN] In a context of global warming concern and global energy policies, in which heating and cooling systems in buildings account for a significant amount of the global energy consumption, ground source heat pump (GSHP) systems are widely considered as being among the most efficient and comfortable heating and cooling renewable technologies currently available. Nevertheless, both an optimal design of components and an optimal operation of the system as a whole become crucial so that these systems can have a significant contribution to the attenuation of the global energy problem. The overall objective of this PhD dissertation is to perform the control and energy optimization of an experimental GSHP system installed at the Universitat Politècnica de València, making the control system adaptive to the thermal demand of the building and to the climate conditions. For that purpose, different control strategies are proposed, described, developed, implemented and tested in the system. The optimization of any system requires a comprehensive study of its behaviour, by means of a thorough analysis of all the variables and parameters implied on its performance. Therefore, the first step is to analyse the short-term performance of the system, but also the long-term performance based on the experimental data collected at the installation. Second and prior to developing any optimization strategies, it is important to analyse the optimal configuration of the system according to the objectives targeted. This objective includes the study of the best location for the temperature control sensor and the buffer tank, as well as an adequate size for this buffer tank. Finally, once the behaviour of the system has been fully understood, the components of the system are the most efficient according to the possibilities of the research work and they have been connected adequately, the final objective is to develop control and optimization strategies which optimize the operation of the experimental GSHP system. These strategies target the control of the heat pump compressor, but also and more importantly, the energy optimization of the complete system. The focus is not in optimizing the performance of each individual component, but in optimizing the energy performance of the system working as a whole. In this direction, a first approach which combined a temperature compensation strategy and the variation of the frequency of the water circulation pumps, and hence the flow rate, as a function of the thermal load of the building, was first attempted. The application of this first approach resulted in significant energy savings, but also in a lack of user comfort in some of the offices under extreme weather conditions during summer. Consequently, the control and optimization methodology has been upgraded in a global algorithm (which is the final result of this PhD thesis) which couples both strategies in order to ensure the user comfort while keeping significant energy savings. In brief, this PhD work provides a comprehensive experimental study for the energy optimization of a GSHP system for both cooling and heating operation. Experimental results for a one-year operation period demonstrate important energy savings when compared to the standard control operation, up to 35% in the summer season and 53% in the winter season, while keeping the user comfort.
[ES] En un contexto de creciente preocupación por el calentamiento global y de políticas energéticas internacionales, en el cual los sistemas de climatización en edificios representan una parte importante del consumo energético global, los sistemas de bomba de calor geotérmica están ampliamente considerados como una de las tecnologias de climatización de espacios más eficientes disponibles en la actualidad. Sin embargo, tanto un buen diseño de los componentes como una óptima operación del sistema son de vital importancia para que estos sistemas puedan contribuir de manera significativa a atenuar el problema energético global. El objetivo general de esta tesis doctoral es el control y la optimización energética de una instalación experimental de bomba de calor geotérmica construida en la Universitat Politècnica de València, haciendo que el sistema de control se adapte a la demanda térmica del edificio y a las condiciones climatológicas. Para ello, se proponen diferentes estrategias de control, las cuáles son descritas, desarrolladas, implementadas y evaluadas a lo largo de este trabajo de investigación. La optimización de cualquier sistema requiere un amplio estudio de su comportamiento, analizando concienzudamente todas las variables y parámetros implicados en su funcionamiento. Por tanto, el primer paso llevado a cabo es el análisis de los días típicos de funcionamiento de la instalación, pero también su comportamiento a más largo plazo, a partir de los datos experimentales recogidos. En segundo lugar, y como paso previo al desarrollo de las estrategias de optimización, es importante analizar la configuración óptima del sistema de acuerdo con los objetivos perseguidos. Este objetivo incluye el estudio de la posición del sensor de temperatura empleado para el control y del depósito de inercia, así como el dimensionamiento adecuado de este depósito. Finalmente, una vez se ha analizado en profundidad el funcionamiento del sistema, los componentes del mismo son lo más eficientes posible, y éstos han sido conectados de manera adecuada, el objetivo final es el desarrollo de estrategias de control y optimización energética que optimicen la operación de la instalación experimental de bomba de calor geotérmica. Estas estrategias se dirigen principalmente a la optimización del sistema completo. El objetivo no es optimizar el funcionamiento de cada componente de manera individual, sino optimizar el comportamiento energético del sistema trabajando como un todo. En este sentido, se desarrolló una primera metodología que combinaba la compensación de la temperatura de consigna de la bomba de calor en función de la temperatura ambiente exterior, y la variación de la frecuencia de las bombas de circulación (y por tanto el caudal de agua) en función de la carga térmica del edificio. La aplicación de esta primera estrategia resultó en una importante mejora del rendimiento energético, pero también en la pérdida de confort en algunas de las oficinas climatizadas cuando las condiciones climatológicas eran extremas durante el verano. En consecuencia, la metodología de control y optimización desarrollada fue mejorada dando como resultado un algoritmo global de optimización energética (que es el resultado final de esta tesis), el cual acopla ambas estrategias anteriores de manera que se cumpla el confort del usuario y se mantenga un ahorro de energía significativo. En resumen, esta tesis doctoral proporciona un estudio experimental exhaustivo de la optimización energética de un sistema de bomba de calor geotérmica para la climatización de un edificio de oficinas. Los resultados experimentales para un año completo de funcionamiento del sistema muestran un ahorro de energía significativo en comparación con el modo de control de referencia, hasta un 35% en modo refrigeración y un 53% en modo calefacción, a la vez que se mantiene el confort de los usuarios.
[CAT] En un context de creixent preocupació per l'escalfament global i de polítiques energètiques internacionals, en el qual els sistemes de climatització en edificis representen una part important del consum energètic global, els sistemes de bomba de calor geotèrmica estan amplament considerats com una de les tecnologies de climatització més eficients disponibles en la actualitat pel que fa a la climatització d'espais. No obstant això, tant un bon disseny dels components com una operació òptima del sistema són de vital importància per tal que aquests sistemes puguen contribuir de manera significativa a atenuar el problema energètic global. L'objectiu general d'aquesta tesi doctoral és el control i l'optimització energètica d'una instal·lació experimental de bomba de calor geotèrmica construïda a la Universitat Politècnica de València, fent que el sistema de control s'adapte a la demanda tèrmica de l'edifici i a les condicions climatològiques. Amb aquest objectiu, es proposen diferents estratègies de control, les quals són descrites, desenvolupades, implementades i avaluades al llarg d'aquest treball d'investigació. L'optimització de qualsevol sistema requereix un ampli estudi del seu comportament, analitzant conscienciosament totes les variables i paràmetres implicats en el seu funcionament. Per tant, el primer pas duit a terme és l'anàlisi dels dies típics de funcionament de la instal·lació, però també el seu comportament a més llarg termini, a partir de les dades experimentals recollides. En segon lloc, i com pas previ al desenvolupament de les estratègies d'optimització, és important analitzar la configuració òptima del sistema d'acord als objectius perseguits. Aquest objectiu inclou l'estudi de la posició del sensor de temperatura emprat pel control i del dipòsit d'inèrcia, així com el correcte dimensionament d'aquest dipòsit. Finalment, una vegada s'ha analitzat en profunditat el funcionament del sistema, els components d'aquest són el més eficients possible, i han sigut connectats de manera adequada, l'objectiu final és el desenvolupament d'estratègies de control i optimització energètica les quals optimitzen l'operació de la instal·lació experimental de bomba de calor geotèrmica. Aquestes estratègies es dirigeixen principalment a l'optimització del sistema complet. L'objectiu no és optimitzar el funcionament de cada component de manera aïllada, sinó més bé optimitzar el comportament energètic del sistema treballant com un tot. En aquest sentit, es va desenvolupar una primera metodologia que combinava la compensació de la temperatura de consigna de la bomba de calor en funció de la temperatura ambient exterior, i la variació de la freqüència de les bombes de circulació (i per tant del cabdal d'aigua) en funció de la càrrega tèrmica de l'edifici. L'aplicació d'aquest primer apropament va resultar en una important millora del rendiment energètic, però també en la pèrdua de confort en algunes de les oficines climatitzades quan les condicions climatològiques eren extremes durant l'estiu. En conseqüència, la metodologia de control i optimització desenvolupada va ser millorada resultant en un algoritme global d'optimització energètica (resultat principal d'aquesta tesi), el qual acobla ambdues estratègies anteriors de manera que es complisca el confort de l'usuari i es mantinga un important estalvi d'energia. En resum, aquesta tesi doctoral proporciona un estudi experimental exhaustiu de l'optimit\-zació energètica d'un sistema de bomba de calor geotèrmica per la climatització d'un edifici d'oficines. Els resultats experimentals per un any complet de funcionament del sistema mostren un estalvi d'energia significatiu en comparació amb el mode de control de referencia, fins un 35% en mode refrigeració i un 53% en mode calefacció, a la vegada que es manté el confort dels usuaris.
Cervera Vázquez, J. (2016). Control and energy optimization of ground source heat pump systems for heating and cooling in buildings [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/66748
TESIS

The world is constantly striving towards a more sustainable living, where every part of contribution is greatly appreciated. When it comes to heating of buildings, district heating is often the main source of heat. During specific times, peak demands are created by the tenants who are demanding a lot of heat at the same time. This demand peak puts a high load on the piping system as well as the need for certain peak boilers that run on non-environmental friendly peak fuel. One solution that is presented in this degree project that solves the time difference between production and demand is by utilizing thermal storage solutions. A dynamic district heated building model is developed with proper heat propagation in the pipelines, thermal inertia in the building and heat losses through the walls of the building. This is all done utilizing 4th generation district heating temperatures. Modelica is the tool that was used to simulate different scenarios, where the preheating of indoor temperature is done to mitigate the possibility for demand peaks. Using an already existing model, implementation and adjustments are done to simulate thermal storage and investigate its effectiveness in a 4th generation district heating system. The results show that short-term energy storage is a viable solution in concrete buildings due to high building mass. However, combining both 4th generation district heating with storage in thermal mass is shown not to be suitable due to low temperatures of supply water, which is not able to increase the temperature of the building’s mass enough.

The tendency to use renewable energy resources has grown continuouslyover the past few decades, be it due to fear over warnings of globalwarming or because of the depletion and short life of fossil fuels or evenas a result of the interest which has developed among researchers doingscientific research into it. This work can be considered as joining any ofthese groups with an objective of giving electric light to the poorpopulation living in one of the poorest nations in the world.The aim of the work is to investigate supplying electric energy fromsolar-wind hybrid resources to remotely located communities detachedfrom the main grid line in Ethiopia. The communities in mind are one oftwo types; the first is the majority of the poor population residing in thecountryside; and the other is people relocated by the Government fromthe over used and dry regions to relatively productive and fertile ones inline with the long-term poverty reduction plan.The work was begun by investigating wind energy and solar energypotentials at four geographically different locations in Ethiopia bycompiling data from different sources and analyzing it using a softwaretool. The locations are Addis Ababa (09:02N, 038:42E), Mekele (13:33N,39:30E), Nazret (08:32N, 039:22E), and Debrezeit (8:44N, 39:02E).The results related to wind energy potential are given in terms of themonthly Average wind speed, the wind speed probability densityfunction (PDF), the wind speed cumulative density function (CDF), thewind speed duration curve (DC), and power density plots for all fourselected sites. According to the results obtained through the analysis, thewind energy potential, even if it is not exceptional, is irrefutably highenough to be exploited for generating electric energy.The solar energy potential, based on sunshine duration data collectedover a period of 7 - 11 years and radiation data obtained from differentsources, has been calculated using regression coefficients specific to thesites in question. Based on the sunshine duration data, the monthlyaverage daily sunshine amount for each of the places has also beencomputed and given in a form of plot. Through additional work on theresults of the calculations, the solar energy potential has been given inthe form of solar radiation plots for each of the selected sites. Asexpected, the results indicated an abundance of solar energy potential.It is based on the promising findings of these two energy resourcepotentials, wind and solar, that the feasibility study for a standalonesolar-wind hybrid energy supply system has proceeded, targeting thecommunity mentioned earlier. The hybrid system consisted of Windturbine, Photovoltaic panel, diesel generator and a bank of batteries, witha power conditioning converter included in the system.The hybrid standalone supply system is intended to provide electricity toa model community of 200 families with five to six family members ineach. The community is equipped with a primary load, a deferrable load,a community school and a health post. An electric load which includeslighting, water pumping, a radio receiver, and some clinical equipmenthas been suggested. Hybrid Optimization Model for ElectricRenewables, HOMER, software has been used for the analysis. Theaverage wind speed and average solar radiation calculated from the datafor all of the selected sites has been used to input into the software.The hybrid system design is approached in three different ways. The firstapproach is to include within the hybrid system those components whichare locally available, without giving special attention to their efficienciesand proceed with the design work. The second approach is tothoroughly search the market for the best and most efficienttechnological products and to select the best components for theanalysis. A third approach considered in an attempt of cost minimizationis to see if a self-contained type of design can be a better solution. Whatthis means is every household will have its own supply system that mayconsist of any combination of PV and wind turbine including converter,battery and charge controller.After running the simulations, lists of power supply systems have beengenerated, sorted according to their net present cost. Sensitivity variables,such as range of wind speeds, range of radiation levels and diesel pricehave been defined as inputs into the software and the optimizationprocess has been carried out repeatedly for the sensitivity variables andthe results have been refined accordingly.
QC 20100623

This project deals with the potential of membrane stratified solar ponds which consist of two water layers, where one is a salt solution here, and a separating translucent membrane. An experimental pond was set up to study the thermal behaviour of such collector systems. The input is mainly solar radiation, sometimes when the ambient temperatures are higher than the pond temperatures also heat from the environment is transferred into the pond.

The measured temperatures of the pond, the ambient temperature, the global radiation and wind speed were the basis data for thermal calculations which showed that the pond was working well as a solar collector and thermal storage system all in one. Heat was not extracted from the pond however, only the losses to the environment were studied.

It was found out that the pond temperatures were higher than the ambient temperature over the whole measurement period of 12 days, and insulation and pollution problems as well as future prospects and suggestions for further studies are discussed at the end of this paper.

Internal combustion engines developments are driven by emissions reduction and energetic efficiency increase. To reach the next standards, downsized/downspeeded engines are required to reduce fuel consumption and CO2 emissions. These techniques place an important demand on the charging system and force the introduction of multistage boosting architectures. With many possible arrangements and large number of parameter to optimize, these architectures present higher complexity than current systems. The objective of this thesis has thus been to investigate the potential of two-stage boosting architectures to establish, for the particular case of passenger car downsized/downspeeded Diesel engines, the most efficient solutions for achieving the forthcoming CO2 emissions targets. To respond to this objective, an exhaustive literature review of all existing solutions has first been performed to determinate the most promising two-stage boosting architectures. Then, a new matching methodology has been defined to optimize the architectures with, on the one hand the development of a new turbine characteristic maps representation allowing straight forward matching calculations and, on the other hand, the development of a complete 0D engine model able to predict, within a reduced computational time, the behavior of any boosting architecture in both steady state and transient operating conditions. Finally, a large parametric study has been carried out to analyze and compare the different architectures on the same base engines, to characterize the impacts of thermo-mechanical limits and turbocharger size on engine performance, and to quantify for different engine development options their potential improvements in term of fuel consumption, maximum power and fun to drive. As main contributions, the thesis provides new modeling tools for efficient matching calculations and synthesizes the main trends in advanced boosting systems to guide future passenger car Diesel engine develop
Varnier ., ON. (2012). Trends and Limits of Two-Stage Boosting Systems for Automotive Diesel Engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16880
Palancia

This report is a thesis for BTH in collaboration with the company Saab Kockums AB. In order to meet future environmental and economical demands, a vessel must reduce its fuel consumption to have a smaller climate impact and save money. Waste heat recovery systems (WHRS) captures the thermal energy generated from a process that is not used but dumped into the environment and transfers it back to the system. Thermal energy storage (TES) is the method of storing thermal energy which allows heat to be used whenever necessary. Some applications of TES are seasonal storage, where summer heat is stored for use in the winter or when ice is produced during off-peak periods and used for cooling later. The purpose of this study is to investigate the possibilities of utilising a vessel’s waste heat by converting thermal energy into electrical energy. This thesis also aims to investigate conditions for SaltX Technology’s nano-coated salt as a potential solution for thermal energy storage. Initially, the expectations and requirements a future WHRS were investigated in a function analysis. Continuously, the method consisted of a combination of a literature review and dialogue with stakeholders. The literature review was used as a tool to identify, select and study concepts of interest built on scientifically proven facts. Dialogues with stake holders were held as a complement to the literature study to find information. The study showed that an organic Rankine cycle has the highest efficiency for low-medium temperature heat and is therefore most suitable to recover thermal energy from the cooling water. The concept of a steam Rankine cycle is most suitable for recovering thermal energy from the exhaust gases for direct use.The study obtained conditions and important properties for storing thermal energy in salt for later use. Finally, the result showed that a Stirling engine is the most efficient concept for conversion of stored energy into electrical energy. The conclusions are that there are great possibilities for waste heat recovery on marine defence platforms. A Stirling engine for energy conversion in combinations with thermal energy storage shows most promise as a future waste heat recovery system on this type of marine platform.
Denna rapport är ett examensarbete för BTH i samarbete med företaget Saab Kockums AB. Arbetet utforskar möjligheterna att möta framtida miljömässiga och ekonomiska krav genom att låta fartyg minska sin bränsleförbrukning. System för återvinning av spillvärme (WHRS) fångar upp värmeenergi som vanligtvis kyls ner eller släpps ut i naturen och för den tillbaka till systemet. Termisk energilagring (TES) är metoder för lagring av värme som gör det möjligt att använda termisk energi när det behövs. Vissa applikationer av TES är säsongslagring, där sommarvärme lagras för användning på vintern eller när is produceras under vintern och används för kylning senare. Syftet med denna studie är att undersöka möjligheterna att utnyttja ett fartygs spillvärme genom att omvandla termisk energi till elektrisk energi. Detta examensarbete syftar också till att undersöka förhållandena för hur SaltX Technology’s nanobelagda salt kan användas som en potentiell lösning för lagring av termisk energi. Inledningsvis undersöktes WHRS:s förväntningar och krav i en funktionsanalys. Fortsättningsvis bestod metoden av en kombination av en litteraturstudie och dialoger med intressenter. Litteraturstudien användes som ett verktyg för att identifiera, välja och studera intressanta koncept baserade på vetenskapligt beprövade fakta. Dialoger hölls som ett komplement till litteraturstudien för att hitta information. Studien visade att en organisk Rankine-cykel har den högsta verkningsgraden för låg-medelhög temperatur och därför är bäst lämpad för att återvinna energi buren i kylvattnet samt att en ång-Rankine-cykel är bäst lämpad för att utnyttja energin från avgaserna för direkt användning. Studien erhöll förhållanden för termisk energilagring i salt samt viktiga parametrar för systemet. Slutligen visade resultatet att en Stirlingmotor är det mest effektiva konceptet för omvandling av lagrad energi till elektrisk energi. Slutsatserna är att det finns stora möjligheter för återvinning av restvärme på marina försvarsplattformar. En Stirlingmotor för energiomvandling i kombination med termisk energilagring visar störst potential som ett framtida system för återvinning av spillvärme på denna typen av plattformar.

Concentrated solar power (CSP) is a fast-growing technology for electricity production. With mirrors (heliostats) irradiation of the sun is concentrated onto a receiver run through by a heat transfer fluid (HTF). The fluid by that reaches high temperatures and is used to drive a steam turbine for electricity production. A CSP power plant is most often coupled with an energy storage unit, where the HTF is stored before it is dispatched and used to generate electricity. Electricity is most often sold at an open market with a fluctuating spot-prices. It is therefore of high importance to generate and sell the electricity at the highest paid hours, increasingly important also since the governmental support mechanisms aimed to support renewable energy production is faded out since the technology is starting to be seen as mature enough to compete by itself on the market. A solar power plant thus has an operational protocol determining when energy is dispatched, and electricity is sold. These protocols are often pre-defined which means an optimal production is not achieved since irradiation and electricity selling price vary. In this master thesis, an optimization algorithm for electricity sales is designed (in MATLAB). The optimization algorithm is designed by for a given timeframe solve an optimization problem where the objective is maximized revenue from electricity sales from the solar power plant. The function takes into consideration hourly varying electricity spot price, hourly varying solar field efficiency, energy flows in the solar power plant, start-up costs (from on to off) plus conditions for the logic governing the operational modes. Two regular pre-defined protocols were designed to be able to compare performance in a solar power plant with the optimized dispatch protocol. These three operational protocols were evaluated in three different markets; one with fluctuating spot price, one regulated market of three fixed price levels and one in spot market but with zero-prices during sunny hours. It was found that the optimized dispatch protocol gave both bigger electricity production and revenue in all markets, but with biggest differences in the spot markets. To evaluate in what type of powerplant the optimizer performs best, a parametric analysis was made where size of storage and power block, the time-horizon of optimizer and the cost of start-up were varied. For size of storage and power block it was found that revenue increased with increased size, but only up to the level where the optimizer can dispatch at optimal hours. After that there is no increase in revenue. Increased time horizon gives increased revenue since it then has more information. With a 24-hour time horizon, morning price-peaks will be missed for example. To change start-up costs makes the power plant less flexible and with fewer cycles, without affect income much.
Koncentrerad solkraft (CSP) är en snabbt växande teknologi för elektricitets-produktion. Med speglar (heliostater) koncentreras solstrålar på en mottagare som genomflödas av en värmetransporteringsvätska. Denna uppnår därmed höga temperaturer vilket används för att driva en ångturbin för att generera el. Ett CSP kraftverk är oftast kopplat till en energilagringstank, där värmelagringsvätskan lagras innan den används för att generera el. El säljs i de flesta fall på en öppen elmarknad, där spotpriset fluktuerar. Det är därför av stor vikt att generera elen och sälja den vid de timmar med högst elpris, vilket också är av ökande betydelse då supportmekanismerna för att finansiellt stödja förnybar energiproduktion används i allt mindre grad för denna teknologi då den börjar anses mogen att konkurrera utan. Ett solkraftverk har således ett driftsprotokoll som bestämmer när el ska genereras. Dessa protokoll är oftast förutbestämda, vilket innebär att en optimal produktion inte fås då exempelvis elspotpriset och solinstrålningen varierar. I detta examensarbete har en optimeringsalgoritm för elförsäljning designats (i MATLAB). Optimeringsscriptet är designat genom att för en given tidsperiod lösa ett optimeringsproblem där objektivet är maximerad vinst från såld elektricitet från solkraftverket. Funktionen tar hänsyn till timvist varierande elpris, timvist varierande solfältseffektivitet, energiflöden i solkraftverket, kostnader för uppstart (on till off) samt villkor för att logiskt styra de olika driftlägena. För att jämföra prestanda hos ett solkraftverk med det optimerade driftsprotokollet skapades även två traditionella förutbestämda driftprotokoll. Dessa tre driftsstrategier utvärderades i tre olika marknader, en med ett varierande el-spotpris, en i en reglerad elmarknad med tre prisnivåer och en i en marknad med spotpris men noll-pris under de soliga timmarna. Det fanns att det optimerade driftsprotokollet gav både större elproduktion och högre vinst i alla marknader, men störst skillnad fanns i de öppna spotprismarknaderna. För att undersöka i vilket slags kraftverk som protokollet levererar mest förbättring i gjordes en parametrisk analys där storlek på lagringstank och generator varierades, samt optimerarens tidshorisont och kostnad för uppstart. För lagringstank och generator fanns att vinst ökar med ökande storlek upp tills den storlek optimeraren har möjlighet att fördela produktion på dyrast timmar. Ökande storlek efter det ger inte ökad vinst. Ökande tidshorisont ger ökande vinst eftersom optimeraren då har mer information. Att ändra uppstartkostnaden gör att solkraftverket uppträder mindre flexibelt och har färre cykler, dock utan så stor påverkan på inkomst.

[EN] This PhD thesis studies the application of the magnetic refrigeration technology in the air-conditioning system of automobiles. Thermal models of each of the components of such a system have been developed with the purpose of determining accurately its global performance. A dynamic one-dimensional model of a parallel-plate active magnetic regenerator (AMR) has been developed. The model is based in a new numerical scheme that reduces the computation time by 88% compared to the most commonly employed method. The model reproduces very accurately the passive regenerator cases with analytic solution and has been thoroughly validated against experimental results of both passive regenerator and AMR tests. The inclusion in the model of the magnetocaloric properties experimentally measured with a sample of the employed material, the demagnetizing effect, the fluid flow maldistribution and the losses to the ambient in the experimental setup have all been keys to obtain a good agreement with the experiments. The influence of the uncertainties and simplifications assumed when modelling these physical phenomena has been analyzed in detail, which has allowed the validation of different approaches. Besides, a dynamic model of the air-conditioning (AC) system of an electric vehicle has been developed. Thermal models of each of the system components have been included, namely the cabin, the hydraulic loops with the air-to-coolant heat exchangers and the electric auxiliaries. The modelling methodology employed is based on the combination of the conservation equations with the semi-empirical fitting of the global heat transfer coefficient. Excellent validation results have been obtained with experimental results in a wide range of operating conditions. The vehicle model has been employed to obtain the cooling and heating demand of a commercial full electric minibus, as well as the working temperatures. A broad optimization study has been carried out with the AMR model with the purpose of determining the design and working parameters of such a refrigerator that fulfil the cooling requirements of the vehicle with a minimum combined total system mass (affecting the weight of the vehicle and the economic cost) and electric consumption. The electric demand of the electrical AC auxiliaries has also been considered. Additionally, the heating performance of the optimal designs has been calculated. The application of AMR refrigerators in mobile air-conditioning systems is analyzed in comparison to the features of current vapor-compression systems.
[ES] En la presente tesis doctoral se ha estudiado la aplicación de un refrigerador magnético en un sistema de aire acondicionado para automóviles. Con el fin de determinar las prestaciones de dicho sistema de manera global y precisa, se ha desarrollado un modelo térmico de cada uno de sus componentes. Por un lado, se ha desarrollado un modelo dinámico unidimensional de regenerador magnético activo (AMR) de placas planas paralelas, basado en un nuevo esquema numérico que reduce el tiempo de cálculo hasta en un 88% respecto al esquema más empleado. El modelo reproduce con gran exactitud los casos de regenerador con solución analítica y ha sido validado exhaustivamente con resultados experimentales funcionando como regenerador pasivo y como AMR. Para obtener buenos ajustes ha sido clave la inclusión en el modelo de las propiedades magnetocalóricas medidas experimentalmente con una muestra del material empleado, el efecto desmagnetizante, la mala distribución del fluido y las pérdidas hacia el ambiente del montaje experimental. La influencia de las incertidumbres y las simplificaciones en el modelado de estos fenómenos se ha analizado detalladamente, lo cual ha permitido validar diferentes aproximaciones. Por otro lado, se ha desarrollado un modelo dinámico del sistema de aire acondicionado de un vehículo eléctrico. Se incluye el modelo térmico de la cabina, los bucles hidráulicos para la distribución de la potencia térmica con los intercambiadores de calor agua-aire y los auxiliares eléctricos. La metodología empleada para el desarrollo de estos modelos, basada en la combinación de ecuaciones de conservación con el ajuste semi-empírico de los coeficientes globales de transmisión de calor, ha producido excelentes resultados de validación con resultados experimentales en un amplio rango de condiciones de funcionamiento. El modelo del vehículo se ha empleado para obtener la demanda de refrigeración y calefacción de un minibús eléctrico comercial, así como las temperaturas de funcionamiento del sistema. Con el modelo de AMR se ha llevado a cabo un amplio estudio de optimización para determinar los parámetros de diseño y de funcionamiento de dicho refrigerador que cubren las necesidades de refrigeración del vehículo una masa del conjunto del sistema y un consumo eléctrico mínimos, incluyendo el consumo de los auxiliares. Adicionalmente se han calculado las prestaciones de calefacción de las combinaciones óptimas. La aplicabilidad de este sistema en automóviles se analiza en comparación con un sistema equivalente de compresión de vapor.
[CAT] En aquesta tesi doctoral s'ha estudiat l'aplicació d'un refrigerador magnètic en un sistema d'aire condicionat per a automòbils. A fi de determinar les prestacions d'aquest sistema de manera global i precisa, s'ha desenvolupat un model tèrmic de cadascun dels components. D'una banda, s'ha desenvolupat un model dinàmic unidimensional de regenerador magnètic actiu (AMR) de plaques planes paral·leles, basat en un nou esquema numèric que redueix el temps de càlcul fins d'un 88% respecte a l'esquema més emprat. El model reprodueix amb gran exactitud els casos de regenerador amb solució analítica, i ha sigut validat exhaustivament amb resultats experimentals funcionant com a regenerador passiu i com a AMR. Per a obtenir bons ajustos ha sigut clau la inclusió en el model de les propietats magnetocalòriques mesurades experimentalment amb una mostra del material emprat, l'efecte desmagnetitzador, la mala distribució del fluid i les pèrdues cap a l'ambient del muntatge experimental. La influència de les incerteses i les simplificacions en la modelització d'aquests fenòmens s'ha analitzat detalladament, la qual cosa ha permès validar diferents aproximacions. D'altra banda, s'ha desenvolupat un model dinàmic del sistema d'aire condicionat d'un vehicle elèctric. S'hi inclouen el model tèrmic de la cabina, els bucles hidràulics per a la distribució de la potència tèrmica amb els bescanviadors de calor aigua-aire i els auxiliars elèctrics. La metodologia emprada per al desenvolupament d'aquests models, basada en la combinació d'equacions de conservació amb l'ajust semiempíric dels coeficients globals de transmissió de calor, ha produït excel·lents resultats de validació amb resultats experimentals en un ampli rang de condicions de funcionament. El model del vehicle s'ha emprat per a obtenir la demanda de refrigeració i calefacció d'un minibús elèctric comercial, així com les temperatures de funcionament del sistema. Amb el model d'AMR s'ha dut a terme un ampli estudi d'optimització per determinar els paràmetres de disseny i de funcionament de la refrigeradora esmentada que cobreixen les necessitats de refrigeració del vehicle, una massa del conjunt del sistema i un consum elèctric mínims, incloent el consum dels auxiliars. Addicionalment s'han calculat les prestacions de calefacció de les combinacions òptimes. L'aplicabilitat d'aquest sistema en automòbils s'analitza comparant-la amb la d'un sistema equivalent de compressió de vapor.
Torregrosa Jaime, B. (2016). Modelling and analysis of an air-conditioning system for vehicles based on magnetocaloric refrigeration [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68503
TESIS
Premiado

The aim of this essay is to investigate how forecast control can affect the energy consumption and the top effects for heating compared to the traditional control system in facilities with different building structures. In 2013 were the energy consumption 80 TWh for the heating and domestic hot water in resident buildings and facilities. This corresponds to 55 % of the total energy consumption within the building sector and facilities represent 28 % of the buildings. This indicates that there is room for efficiency for the heating systems in facilities.Demands from new directives for stricter energy consumptions for buildings are going to be established in the Swedish regulations and 19:th of June 2018 were the new amending directives published which need to be established in the Swedish regulations latest 10 March 2020. The demands on the buildings is pushed further and further. It is getting more difficult to reach the requirements from BBR and even more difficult to reach the requirements from environmental certifications like Miljöbyggnad. Therefore, it is important with detailed solutions that is able to lower the energy consumptions for the heating systems.A reference building has been used and created in the simulation software IDA ICE with three different building constructions to compare forecast control against the traditional control system. One with a large U-value and low amount of thermal mass, one with a smaller U-value and a low amount of thermal mass and one with a smaller U-value and a high amount of thermal mass.The centrally controlled forecast control is tested against the traditional controlled system for each building structure. Traditional controlled systems in facilities is normally using thermostatic valves, due to the lack of sustainability and the lack of maintenance the control systems are also tested without the thermostatic valves.The results for the forecast control indicate on an increase for the energy saving by 3.4 % without the thermostatic valves and an increase by 2.7 % with the thermostatic valves. The top effects can be improved with forecast control by 33 % without thermostatic valves and by 15 % with thermostatic valves. These improvements were made for the building construction with high amount of thermal mass. It is possible to argue for benefits with forecast control if it is installed in a heavy constructed building with regard to the decreased top effects. It is more difficult to argue for the benefits with regard to the energy consumption. Large benefits were found with in local control, especially for buildings with large U-value and low amount of thermal mass. The result indicated on an improvement of 30 % for the traditional control with thermostatic valves and of 28 % for the forecast control with thermostatic valves compared to the scenario without the thermostatic valves.Knowledge about the building characteristics has a significance for the choice of control system. According to the results forecast control may be a benefit with regard to the top effects if it is a heavy building construction. Regarding the energy consumption is the best strategy to carefully adjust and maintain the current traditional control system.
Denna rapport har i avsikt att undersöka hur energianvändningen och värmeeffekterna för uppvärmning påverkas med prognosstyrning i jämförelse med traditionell styrning av värmesystem i lokaler av olika byggnadskonstruktioner. 2013 var energianvändningen 80 TWh för uppvärmning och tappvarmvatten i hushåll och lokalbyggnader. Detta motsvarade då 55 % av den totala energianvändningen inom sektorn där lokaler representerar 28 % av byggnaderna. Med andra ord finns det utrymme för effektivisering av uppvärmningen i lokaler.Krav från direktiv om skärpt energianvändning av byggnader måste införas i svenska regler. Den 19 juni 2018 publicerades nya ändringsdirektiv som måste vara införda i svenska regler senast den 10 mars 2020. Kraven på byggnader blir allt hårdare för att uppnå kraven som ställs från BBR och så även för att uppnå miljöcertifieringar som miljöbyggnad. Det blir alltså allt viktigare att hitta detaljlösningar som kan minska på energianvändningen på byggnader.För att ställa prognosstyrning mot traditionell styrning har en referensbyggnad använts. Den har byggts upp i simuleringsverktyget IDA ICE med tre olika byggnadskonstruktioner. Ett med både högt U-värde och liten termisk massa (originalkonstruktion), en med lägre U-värde men fortfarande liten termisk massa (lätt konstruktion) och en med lägre U-värde och mycket termisk massa (tung konstruktion).Den centralt styrda prognosstyrningen prövades sedan mot den traditionella styrningen för respektive byggnadskonstruktion. Med traditionell styrning används vanligtvis termosstatventiler i lokaler men då hållbarheten på dessa är låg vilket också underhållet av dessa kan vara, prövas även båda strategierna utan termostatventiler också.Resultatet visar att prognosstyrningen förbättrar energianvändningen som mest med 3.4 % i det fallet termostatventiler inte används och 2.7 % i det fallet termostatventiler används. Effekttopparna kan förbättras med 33 % utan termostatventiler och 15 % med termostatventiler. Dessa förbättringar genererades med den tunga konstruktionen. En tung konstruktion kan visa på fördelar med prognosstyrning med avseende på lägre effekttoppar. Utifrån resultaten går det däremot inte att se några fördelar med avseende på energianvändningen.Stora fördelar kunde däremot gå att se med lokal reglering med termostatventiler, vilket var särskilt gynnsamt för byggnader med högt U-värde och låg termisk massa. Resultatet visade då på en förbättring med 30 % för den traditionella styrningen och 28 % för prognosstyrningen när jämförelse med om de inte användes.En god förståelse av byggnadsstommens karaktär har en betydande roll för valet av reglersystem. Prognosstyrning kan vara fördelaktigt med avseende på toppeffekterna, framför allt med den tunga konstruktionen i resultatet. För att minska på energianvändningen är det dock troligtvis viktigast att se över och injustera det befintliga systemet på både central som lokal nivå.

La tesi si è svolta nel corso di uno stage di quasi nove mesi all'interno del laboratorio elettrico di alta tensione del reparto R&D di Prysmian, leader mondiale dei sistemi elettrici in cavo. La tesi si è articolata nelle fasi seguenti: 1) analisi dei fondamenti teorici dei sistemi elettrici in cavo ad alta tensione in corrente continua (HVDC); 2) caratterizzazione elettrica di materiali isolanti innovativi per lo sviluppo di sistemi in cavo HVDC. Più in dettaglio tale caratterizzazione è consistita nelle fasi seguenti: a) progettazione e/o realizzazione dei set-up di prova; b) esecuzione delle prove di conducibilità elettrica su provini piani di materiale isolante costituiti da diverse mescole candidate per la realizzazione di cavi modello nella seconda parte della caratterizzazione (vedi seguito); c) elaborazione dei dati delle prove di cui al punto b) per ricavare i parametri σ0, α e β della conducibilità di ogni mescola isolante testata - e quindi l’andamento della conducibilità delle mescole in funzione della temperatura e del gradiente elettrico – così da selezionare le mescole migliori per la realizzazione dei cavi modello (cavi in scala ridotta con dimensioni standardizzate realizzati ai fini di prove di sviluppo); d) esecuzione delle prove di tenuta in AC sui cavi modello selezionati; e) esecuzione delle prove di rigidità ad impulso atmosferico su cavi modello; f) esecuzione delle prove di stabilità termica su cavi modello. I risultati di tutte le prove condotte hanno consentito di determinare quali fossero, tra tutte le mescole prese in esame, le più performanti dal punto di vista elettrico.

The Swedish Armed Forces are investigating high-risk applications where lithium-ion batteries (LIB) can replace traditional lead-acid batteries. Understanding the potential safety risks and evaluating a battery's instability is crucial for military applications. This report aimed to identify critical safety parameters (temperature, potential, and impedance) in commercial batteries with NMC and LFP electrode chemistries, and to investigate how surrounding cells are affected when a battery suffers from thermal runaway (TR) in a battery module developed by FOI. Accelerated rate calorimetry (ARC) experiments on NMC-based Samsung SDI INR21700-40T and INR21700-50E and LFP-based A123 Systems ANR26650m1-B batteries were conducted to identify critical onset conditions of TR. ARC experiments were conducted with continuous electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements to correlate thermal behavior with electrochemical changes in the cell impedance and voltage. The NMC-based batteries showed a distinct endothermic reaction between 116 °C and 121 °C, an onset temperature of exothermic self-heating at around 120 °C, which progressed to an explosive decomposition at about 170 °C and resulted in an adiabatic temperature rise of 250 °C to 290 °C. A significant increase in the cell’s impedance at around 100 °C indicated that the current interrupt device (CID) was triggered due to gas formation and critical pressure build-up within the cell. The LFP-based battery demonstrated improved thermal stability during ARC measurements and did not suffer from TR when heated to 300 °C. Thermal runaway propagation experiments were conducted in a battery module developed by FOI. The identified onset temperatures and electrochemical markers were then used to evaluate the stability of the module cells. Cell temperature increases between 16 °C and 48 °C was observed in cells directly adjacent to the trigger cell. Cells further from the trigger cell experienced uniform temperature increases of between 8 °C and 30 °C. EIS measurements of the module cells revealed no significant changes in their impedance spectra. The insulating polymer wrap around each cell was found to be crucial in preventing TR propagation. TR propagated from cell-to-cell in the module when the insulating wraps were removed, and cells were in direct contact with the thermally conductive heat sink.
Försvarsmakten undersöker högriskapplikationer där litiumjonbatterier kan ersätta traditionella blysyrabatterier. Att förstå säkerhetsrisker och utvärdera ett batteris instabilitet är särskilt viktigt för militära tillämpningar. Denna rapport syftar till att identifiera kritiska säkerhetsparametrar (temperatur, spänning och impedans) för kommersiella batterier med NMC- och LFP-elektrodkemier samt undersöka hur omkringliggande celler påverkas när ett batteri termiskt rusar (TR) i en batterimodul utvecklad av FOI. ARC-experiment genomfördes på NMC-baserad Samsung SDI INR21700-40T och INR21700-50E och A123 Systems ANR26650m1-B batterier för att karakterisera förloppet av termisk rusning (TR). ARC-experiment utfördes med kontinuerliga elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att korrelera termiskt beteende med elektrokemiska förändringar i cellimpedansen och spänningen. Det NMC-baserade batterierna uppvisade en tydlig endotermisk reaktion mellan 116 °C och 121 °C, exotermiska reaktioner påbörjades vid 120 °C och ledde till explosiv termisk rusning vid cirka 170 °C, vilket gav upphov till en adiabatisk temperaturökning på 250 °C till 290 °C. En signifikant ökning av cellens impedans vid cirka 100 °C indikerade att den inre säkerhetsventilen utlöstes på grund av gasbildning och kritisk tryckuppbyggnad i cellen. Det LFP-baserade batteriet visade förbättrad termisk stabilitet under ARC-mätningar och drabbades inte av TR vid uppvärmning till 300 °C. Termiska rusningsförsök genomfördes på en batterimodul utvecklad av FOI. De identifierade starttemperaturerna och elektrokemiska markörerna användes för att utvärdera modulcellernas stabilitet. Celltemperaturökningar mellan 16 °C och 48 °C observerades i celler direkt intill triggcellen. Celler längre från triggcellen upplevde likformiga temperaturökningar mellan 8 °C och 30 °C. EIS-mätningar av modulcellerna avslöjade inga signifikanta förändringar i deras impedansspektra. Det isolerande polymeromslaget runt varje cell var avgörande för att förhindra propagering av termisk rusning i modulen. Termisk rusning propagerade från cell till cell i modulen när de isolerande omslagen togs bort och cellerna var i direkt kontakt med den värmeledande kylflänsen.

Resumen Los sistemas de inyección directa han sido uno de los principales puntos focales de la investigación en motores, particularmente en sistemas Diésel, donde la geometría interna, movimiento de aguja y comportamiento del flujo afectan el spray externo y por tanto determinan completamente el proceso de combustión dentro del motor. Debido a regulaciones medioambientales y al potencial de los (más ineficientes) motores "Otto", grandes esfuerzos se están aportando en investigación sobre sistemas de inyección directa de gasolina. Los motores GDi tienen el potencial de incrementar sustancialmente la economía de combustible y cumplir con las regulaciones de gases contaminantes y de efecto invernadero, aunque aún existen muchos desafíos por delante. Esta tesis estudia en detalle una moderna tobera GDi que fue específicamente diseñada para el grupo de investigación conocido como Engine Combustion Network (ECN). Con metodologías punteras, este inyector ha sido usado en un amplio abanico de instalaciones experimentales para caracterizar el flujo interno y varias características clave de geometría y funcionamiento, y aplicarlo para evaluar cómo se relaciona con los efectos observados del comportamiento del chorro externo. Para la caracterización interna del flujo, el objetivo ha sido determinar la geometría de la tobera y el desplazamiento de aguja, caracterizar la tasa de inyección y el flujo de cantidad de movimiento, y evaluar el flujo cercano. Algunas metodologías nunca antes habían sido empleadas en inyectores GDi, y muchas otras lo han sido solo eventualmente. Para la geometría interna, el levantamiento de aguja y el flujo cercano, varias técnicas avanzadas con rayos-x fueron aplicadas en las instalaciones de Argonne National Laboratory. Para la tasa de inyección y flujo de cantidad de movimiento, las técnicas disponibles en el departamento han sido adaptadas desde Diésel y aplicadas en inyectores GDi multiorificio. Dado lo novedoso de las técnicas aplicadas, las particularidades de las metodologías han sido discutidas en detalle en el documento. Aún con la elevada turbulencia del flujo interno, el inyector se comporta de forma consistente inyección a inyección, incluso cuando el estudio se centra en la variabilidad orificio a orificio. Esto ha sido atribuido al comportamiento repetitivo de la aguja, evaluado en los experimentos. También fue observado que el flujo estabilizado tiene una variación de alta frecuencia que no pude ser explicado por el movimiento de la aguja, sino por el particular diseño de las toberas. El análisis de geometría interna realizado a ocho toberas nominalmente iguales resultó en la obtención de un punto vista único en la construcción de toberas y la variabilidad de dimensiones clave. Las medidas de tasa de inyección permitieron estudiar la respuesta hidráulica del inyector a varias variables como la presión de inyección, presión de descarga, temperatura de combustible y la duración de la señal de comando. Estas medidas fueron combinadas con medidas de flujo de cantidad de movimiento para estudiar el bajo valor del coeficiente de descarga, el cual fue atribuido al bajo levantamiento de aguja y coeficiente L/D de los orificios. Por otro lado, el estudio del spray externo resultó en la identificación de un importante fenómeno específico a este particular hardware, el colapso del spray. Las extensivas campañas experimentales, utilizando Schlieren e iluminación trasera difusa (DBI) permitieron identificar y describir las características macroscópicas del spray y las condiciones bajo las que el colapso ocurre. El colapso del spray se forma por una combinación de interacción de las diferentes plumas (causado por el flujo interno) y determinadas condiciones ambiente que promueven evaporación y entrada de aire. Fue determinado que a niveles de densidad y temperatura moderados se desarrolla el colapso, modificando completamente el comportamiento espera
Abstract Fuel injection systems have been one of the main focal points of engine research, particularly in Diesel engines, where the internal geometry, needle lift and flow behavior are known to affect the external spray an in turn completely determine the combustion process inside engines. Because of environmental regulation and the potential development of the more inefficient Otto engines, a lot of research efforts are currently focused into gasoline direct injection systems. GDi engines have the potential to greatly increase fuel economy and comply with pollutant and greenhouse gases emissions limits, although many challenges still remain. The current thesis studies in detail a modern type of GDi nozzle that was specifically developed for the international research group known as the Engine Combustion Network (ECN). With the objective of employing state-of-the-art techniques, this hardware has been used in a wide range of experimental facilities in order to characterize the internal flow and several geometrical and constructive aspects like needle lift; and assess how it relates to the effects seen external spray. For the internal flow characterization, the goal was to determine the nozzle geometry and needle displacement, to characterize the rate of injection and rate of momentum, and evaluate the near-nozzle flow. Some methodologies applied here have never been applied to a GDi injector before, and many have only been applied rarely. For the internal geometry, needle lift and near-nozzle flow, several advanced x-rays techniques were used at Argonne National Laboratory. For the rate of injection and rate of momentum measurements, the techniques available in CMT-Motores Térmicos have been adapted from Diesel spray research and brought to multi-hole GDi injectors. Given the novelty of the techniques used, the particular methodologies and setups are discussed in detail. Despite the high turbulence of the flow, it was seen that the injector behaves consistently injection to injection, even when studying variation in individual holes. This is attributed to the repetitive behavior of the needle that was observed in the experiments. It was also observed that the stabilized flow has a high frequency variability that could not be explained by random movement of the needle, but rather by the particular design of the nozzle. The geometrical analysis done to eight, nominally equal nozzles, allowed a unique view into the construction of the nozzle and provided insights about the variability of key dimensions. The rate of injection measurements allowed to study the hydraulic response of the injector to the main variables like rail pressure, discharge pressure, fuel temperature and command signal duration. These measurements were combined with the rate of momentum measurements to study the low value of the discharge coefficient, that ultimately was attributed to the low needle lift and low L/D ratio of the orifices. On the other hand, the study of the external spray yielded the identification of very important phenomena specific to this particular hardware, the spray collapse. The extensive experimental campaigns featuring shadowgraph (Schlieren) and Diffused Back Illumination (DBI) visualization techniques allowed identifying and describing the macroscopic characteristics of the spray and the conditions under which the collapse occurs. The spray collapse engenders from a combination of the internal flow that creates plume interaction, and ambient conditions that promote air entrainment and evaporation. At moderate density and temperature levels the collapse develops, completely modifying the expected trends in the behavior of the plumes.
Resum Els sistemes d'injecció directa han sigut un dels principals punts focals de la investigació en motors, particularment en sistemes dièsel, en què la geometria interna, el moviment de l'agulla i el comportament del flux afecten l'esprai extern i per tant determinen completament el procés de combustió dins del motor. Degut a regulacions mediambientals i al potencial dels (més ineficients) motors "Otto", grans esforços s'estan aportant en investigació sobre sistemes d'injecció directa de gasolina. Els motors GDi tenen el potencial d'incrementar substancialment l'economia del combustible i complir les regulacions de gasos contaminants i d'efecte hivernacle, encara que existeixen molts desafiaments per davant. Esta tesi estudia en detall una moderna tovera GDi que va ser especialment dissenyada per al grup d'investigació conegut com a ECN. Amb l'objectiu de desenvolupar metodologies punteres, este injector ha sigut usat en un ampli ventall d'instal·lacions experimentals per tal de caracteritzar el flux intern i diverses característiques clau de la seua geometria i funcionament, per tal d'avaluar com es relacionen amb els efectes observats del comportament de l'esprai extern. Per a la caracterització interna del flux, l'objectiu ha sigut determinar la geometria de la tovera i el desplaçament de l'agulla, caracteritzar la taxa d'injecció i el flux de quantitat de moviment, i avaluar el flux proper. Algunes metodologies no s'havien empleat abans en injectors GDi, i moltes altres ho han sigut únicament de manera eventual. Per a la geometria interna, l'alçament de l'agulla i el flux proper, s'han aplicat diverses tècniques avançades amb raigsx a les instal·lacions d'Argonne National Laboratory. Per a la taxa d'injecció i el flux de quantitat de moviment, les tècniques disponibles al departament han sigut adaptades des de Dièsel i aplicades a injectors GDi multi-orifici. Considerant la novetat de les tècniques aplicades, les particularitats de les metodologies es discuteixen en detall al document. A pesar de l'elevada turbulència del flux intern, l'injector es comporta de manera consistent injecció a injecció, inclús quan l'estudi se centra en la variabilitat orifici a orifici. Aquest fet s'ha atribuït al comportament repetitiu de l'agulla, avaluat als experiments. També es va observar que el flux estabilitzat té una variació d'altra freqüència que no pot ser explicat pel moviment de l'agulla, sinó pel particular disseny de les toveres. L'anàlisi de la geometria interna realitzat a vuit toveres nominalment iguals va permetre obtenir un punt de vista únic en la construcció de toveres i la variabilitat de dimensions clau. Les mesures de taxa d'injecció van permetre estudiar la resposta hidràulica de l'injector a diverses variables com la pressió d'injecció, la pressió de descàrrega, la temperatura del combustible i la duració de la senyal de comandament. Estes mesures van ser combinades amb mesures de flux de quantitat de moviment per tal d'estudiar el baix valor del coeficient de descàrrega, el qual va ser atribuït al baix alçament de l'agulla i al coeficient L/D dels orificis. D'altra banda, l'estudi de l'esprai extern va permetre identificar un important fenomen específic d'aquest hardware particular: el col·lapse de l'esprai. Les extensives campanyes experimentals, utilitzant Schlieren i il·luminació darrera difusa (DBI) van permetre identificar i descriure les característiques macroscòpiques de l'esprai i les condicions sota les quals el col·lapse té lloc. El col·lapse de l'esprai es forma per una combinació d'interacció de les diverses plomes (causat pel flux intern) i determinades condicions ambient que promouen evaporació i entrada d'aire. Es va determinar a quins nivells de densitat i temperatura moderats es desenvolupa el col·lapse, modificant completament el comportament esperat de l'esprai.
Vaquerizo Sánchez, D. (2018). Study on Advanced Spray-Guided Gasoline Direct Injection Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/99568
TESIS

More efficiency heavy-duty vehicles are developed with higher range, updated electronic and mechanical parts. The fuel efficiency and pollution of carbon dioxide need to be lower to achieve new EU regulations. The global population increases with an increased number of heavy-duty vehicles. This, in turn, increases the emission. By taking the electrical and mechanical parts to the next step, the global emission problems can be massively reduced. Electrical machines are the next step towards a cleaner future. The main goal of this study to investigate the electrical machine’s insulation system. Thermo-mechanical stresses due to thermal cycling affect the electrical machines and its sub-components. By using a FEM application with simplified models of the electrical machine, results are obtained and discussed. Specifically, if 2D-models are sufficient enough to represent a 3D-model. How good different 2D-models can represent the 3D-model is compared and discussed in this study. A physical experimental analysis is done to verify and calibrate the FE-models. Which one of the less frequent higher amplitude or more frequent, lower amplitude thermal cycling affects the insulation system most is determined. The simulations could be done with either, coupled-temperature displacement analysis or sequentially coupled analysis. Coupled-temperature displacement is the fastest method to use in the simulation models. A 3D-model is the best way to describe an object and is therefore implemented. Two additional 2D-models are developed for faster computation and to investigate if the models can represent the three-dimensional geometry. All the models have specific boundary conditions to make the models more simplified. Sensitivity studies have been done to determine which parameter affects the induced thermo-mechanical stresses the most. A physical experimental setup is also implemented to validate and calibrate the simulation model. The result of the 3D-model is most accurate when simulating a three-dimensional object. Simulation results have shown that epoxy, one of the main components in the insulation system, is most critical in terms of reaching breakdown first, followed by paper insulation and copper coating. This is a typical result of all three simulation models. Whereas it is concluded that some 2D-models can present the 3D-model, others can’t. The dependent factor is the different cross-section of the electrical machine. The physical experiment shows similar results between simulation in terms of strain at a lower temperature, and the deviation gets larger as the temperature increases. The 3D-model is the model that has the best representation of a real electrical machine as it accounts for all the normal and shear stress components in all directions, but also because it has better boundary conditions compared to the 2D-models. The 2D-model in XY-plane has shown similar results to the 3D-model. One of the main insulation system components, epoxy, is exposed to the highest stresses compared to its yield and ultimate strength, followed by the paper insulation and copper coating. The sensitivity study has concluded that the axial length of the stator does not affect the stress amplitudes. The most critical parameter that affects the thermo-mechanical stresses is the temperature amplitude, the materials CTE and the thickness of the jointed layer. All maximum stress amplitudes of all the components are located at the free end.
Mer effektiva tunga fordon utvecklas med högre räckvidd, uppdaterade elektroniska och mekaniska delar. Bränsleeffektiviteten och föroreningen av koldioxid måste vara lägre för att uppnå nya EU-förordningar. Antalet tunga fordon ökar i takt med att den globala befolkningen ökar, detta leder i sin tur till ökad utsläpp av bland annat koldioxid. Genom att ta de elektriska och mekaniska delarna till nästa steg kan de globala utsläppsproblemen minskas massivt. Elektriska maskiner för framdrivning är nästa steg mot en renare framtid. Studiens huvudmål för att undersöka den elektriska maskinens isoleringssystem. Termomekaniska påfrestningar på grund av termisk cykling påverkar de elektriska maskinerna och dess delkomponenter. Genom att använda en FEM-applikation med förenklade modeller av den elektriska maskinen erhålls och diskuteras resultat. Specifikt om 2D-modeller är tillräckliga för att representera en 3D-modell. Hur tillräckligt de olika 2D-modeller kan representera 3D-modellen jämförs och diskuteras i denna studie. Ett fysiskt experiment utförs för att validera och kalibrera FEA-modellerna. Vilken av de mindre frekventa cykler med högre amplitud eller mer frekventa cyckler med lägre amplitud påverkar isoleringssystemet mest har undersökts. Simuleringarna kan göras med antingen, temperatur kopplad förskjutnings analys eller sekventiellt kopplad analys. Temperatur kopplad kopplad förskjutning är den snabbaste metoden att använda i simuleringsmodellerna. En 3D-modell är det bästa sättet att beskriva ett objekt och har därför implementerats. Ytterligare två, 2Dmodeller är framtagna i FEM-miljö för snabbare beräkning och för att undersöka om 2D-modellerna kan representera den tredimensionella geometrin. Samtliga tre modeller har specifika randvillkor för att förenkla modellerna. Känslighetsstudier görs för att bestämma vilken parameter som påverkar de inducerade termomekaniska spänningarna mest. Ett fysiskt experiment har utförsts för att validera och kalibrera simuleringsmodellerna. Resultatet visar att 3D-modellen representerar ett tre dimensonellt objekt bäst. Simuleringsresultat har visat att epoxy, som är en av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, är mest kritisk när det gäller att först nå brott- och sträckgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggningen. Detta är ett typiskt resultat av alla tre simuleringsmodeller. Slutsatsen visar att vissa 2D-modeller kan presentera 3D-modellen, andra kan inte. Den beroende faktorn beror på ur vilket tvärsnitt man tittar på den elektriska maskinen. Det fysiska experimentet visar liknande resultat jämfört med simuleringen när det gäller belastning vid en lägre temperatur, och avvikelsen blir större när temperaturen ökar. 3D-modellen, är den modell som har den bästa representationen av en riktig elektrisk maskin eftersom den inkluderar normal- och skjuvspänningskomponenter i alla riktningar. Anledningen är att den har bättre randvillkor jämfört med 2Dmodellerna. 2D-modellen i XY-planet har visat liknande resultat som 3D-modellen. En av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, epoxy, utsätts för de högsta spänningarna jämfört med dess sträck- och den brottgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggning. Känslighetsstudien har kommit fram till att statorns axiella längd inte påverkar spänningsamplituderna. Den mest kritiska parametern som påverkar de termomekaniska spänningarna är temperatur amplituden, materialens CTE och tjockleken på det skarvade skiktet. Alla maximala spänningsamplituder för samtliga tre komponenter är belägna i den fria änden.

[ES] Esta tesis doctoral abarca el desarrollo de algoritmos orientados a mejorar el sistema de control de emisiones en motores Diesel. Para este propósito, la inclusión en el vehículo de sensores embarcados como los de temperatura, los de NOx o el de NH3 permite realizar diagnóstico a bordo de los sistemas de post-tratamiento foco de este trabajo, los cuales son el DOC y el SCR. Así pues, el objetivo es el de satisfacer las normativas de diagnóstico a bordo para mantener las emisiones por debajo del umbral permitido por la normativa a lo largo del tiempo. Los tests experimentales, incluyendo las medidas con analizador de gases, permiten tener una visión más amplia de las especies en la línea de escape. Complementariamente, se utilizan unidades nuevas y envejecidas para tener el efecto experimental del envejecimiento en los catalizadores. De esta manera, se analiza el efecto de la temperatura, el gasto de escape, las concentraciones de las especies y el envejecimiento en el DOC y en el SCR, así como la evaluación de algunas de las medidas relevantes realizadas por los sensores. Las temperaturas tienen una influencia destacada en el funcionamiento de los catalizadores, por lo que se requiere la evaluación de las medidas de los sensores de temperatura, junto con el desarrollo de modelos de transmisión de calor, para alimentar las funciones a continuación desarrolladas. En este sentido, la medida lenta del sensor aguas arriba del DOC se mejora en condiciones transitorias mediante una técnica de fusión de la información basada en un filtro de Kalman. Luego, se presenta un modelo de transmisión de calor 1D y un modelo agrupado 0D, en los cuales se evalúan las entradas aguas arriba según el uso del modelo. Por otra parte, se presenta una técnica para estimar el incremento de temperatura debido a la oxidación de los pulsos de post-inyección en el DOC. Se proponen modelos para ambos DOC y SCR para estimar el efecto del envejecimiento en las emisiones, en los cuales el factor de envejecimiento es modelado como un parámetro sintonizable que permite variar desde estados nuevos a envejecidos. Por una parte, un modelo agrupado 0D es desarrollado para el DOC con el propósito de estimar el desliz de HC y CO, el cual es validado en un WLTC para después ser usado en simulación. Por otra parte, un modelo 1D y un modelo 0D se desarrollan para el SCR, los cuales se usan a continuación para alimentar la estrategia de diagnóstico y para simulación. Finalmente, las estrategias de diagnóstico se presentan para fallo total o retirada de DOC, así como para la estimación de la eficiencia en DOC y SCR. Por una parte, la primera estrategia se divide en pasiva y activa, en la que se usan post-inyecciones en la activa para excitar el sistema y confirmar el fallo total si es el caso. A continuación, la eficiencia del DOC se estima a través de una técnica indirecta en la que la temperatura de activación se detecta y se relaciona con el incremento de emisiones a través del modelo. Por otra parte, se desarrolla un observador para estimar el estado de envejecimiento del SCR, el cual está basado en un filtro de Kalman extendido. Sin embargo, para evitar asociar baja eficiencia del catalizador debido a pobre calidad de la urea inyectada, a envejecimiento del SCR, un indicador de la calidad de la urea se ejecuta en paralelo.
[CAT] Esta tesi doctoral abasta el desenvolupament d'algoritmes orientats a millor el sistema de control d'emissions en motors Diesel. Per a este propòsit, la inclusió en el vehicle de sensor embarcats com els de temperatura, els de NOx o el d'NH3 permet realitzar el diagnòstic a bord dels sistemes de post-tractament focus d'este treball, els quals són el DOC i el SCR. Així doncs, l'objectiu és el de satisfer les normatives de diagnòstic a bord per a mantindre les emissions per baix de l'umbral permés per la normativa al llarg del temps. Els tests experimentals, incloent les mesures amb analitzador de gasos, permeten obtindre una visió més àmplia de les espècies en la línia d'escapament. Complementàriament, s'utilitzen unitats noves i envellides per tal de tindre l'efecte experimental de l'envelliment en els catalitzadors. D'aquesta manera, s'analitza l'efecte de la temperatura, la despesa d'escapament, les concentracions de les espècies i l'envelliment en el DOC i en el SCR, així com l'avaluació d'algunes mesures rellevants realitzades pels sensors. Les temperatures tenen una influència destacada en el funcionament dels catalitzadors, pel que es requerix l'avaluació de les mesures dels sensors de temperatura, junt amb el desenvolupament de models de transmissió de calor, per a alimentar les funcions a continuació desenvolupades. En este sentit, la mesura lenta del sensor a l'entrada del DOC es millora en condicions transitòries mitjançant una tècnica de fusió de la informació basada en un filtre de Kalman. Després, es presenta un model de transmissió de calor 1D i un model agrupat 0D, en els quals s'avaluen les entrades a l'entrada segons l'ús del model. Per altra banda, es presenta una tècnica per a estimar l'increment de temperatura degut a l'oxidació dels polsos de post-injecció en el DOC. Es proposen models per a DOC i SCR per a estimar l'efecte de l'envelliment en les emissions, en els quals es modela el factor d'envelliment com un paràmetre sintonitzable, que permet variar des d'estats nous a envellits. Per altra banda, un model agrupat 0D _es desenvolupat per al DOC amb el propòsit d'estimar la relliscada de HC i CO, el qual és validat en un WLTC per a després ser usat en simulació. Per altra banda, un model 1D i un model 0D es desenvolupen per al SCR, els quals s'usen a continuació per a alimentar l'estratègia de diagnòstic i per a simulació. Finalment, les estratègies de diagnòstic es presenten per a la fallada total o retirada del DOC, així com per a l'estimació de l'eficiència en DOC i SCR. Per altra banda, la primera estratègia es divideix en passiva i activa, en la que s'utilitzen post-injeccions en la activa per a excitar el sistema i confirmar la fallada total si es dona el cas. A continuació, l'eficiència del DOC s'estima a través d'una tècnica indirecta en la que la temperatura d'activació es detecta i es relaciona amb l'increment d'emissions a través del model. Per altra banda, es desenvolupa un observador per a estimar l'estat d'envelliment del SCR, el qual està basat en un filtre de Kalman extés. No obstant això, per a evitar associar baixa eficiència degut a pobre qualitat de l'urea injectada a l'envelliment del SCR, un indicador de la qualitat de l'urea s'executa en paral·lel.
[EN] This dissertation covers the development of algorithms oriented to improve the emission control system of Diesel engines. For this purpose, the inclusion of on-board sensors like temperature, NOx and NH3 sensors allows performing on-board diagnostics to the after-treatment systems focus of this work, which are the DOC and the SCR system. Then, the target is to meet on-board diagnostics regulations in order to keep emissions below a regulation threshold over time. Experimental tests, including gas analyzer measurements, allow having a wider view of the species in the exhaust line. Complementary, new and aged units are used in order to have the experimental effect of ageing on the catalysts. Then, the effect of temperature, exhaust mass flow, species concentrations and ageing is analyzed for DOC and SCR, in combination with the assessment of some relevant sensors measurements. As a result, the characteristics, opportunities and limitations extracted from experimental data are used as the basis for the development of models and diagnostics techniques. The assessment of temperature sensors measurements, along with the development of heat transfer models is required to feed temperature dependent functions. In this sense, the slow measurement of the DOC upstream temperature sensor is improved in transient conditions by means of a data fusion technique, based on a fast model and a Kalman filter. Then, a 1D and a 0D lumped heat transfer models are presented, in which the upstream inputs are assessed in relation to its use. On the other hand, a technique to estimate the temperature increase due to post-injection pulses oxidation is also presented. Both DOC and SCR models are proposed in order to estimate the effect of ageing on emissions, in which an ageing factor is modelled as a tunable parameter that allows varying from new to aged states. On the one hand, a 0D lumped model is developed for DOC in order to estimate the HC and CO species slip, which is validated in a WLTC and is then used for simulation. On the other hand, a 1D and a 0D models are developed for SCR, which are then used to feed the diagnostics strategy and for simulation. Finally, diagnostics strategies are presented for total failure or removal of DOC, as well as for efficiency estimation of DOC and SCR. On the one hand, the former strategy is separated into passive and active diagnostics, in which post-injections are used in active diagnostics in order to excite the system and confirm a total failure, in case. Then, the DOC efficiency estimation is done by means of an indirect technique in which the light-off temperature is detected and an emissions increase is related by means of the DOC ageing model. On the other hand, an observer to estimate the SCR ageing state is developed, which is based on an extended Kalman filter. However, in order to avoid associating low SCR efficiency to ageing, an indicator of the injected urea quality is developed to run in parallel.
Mora Pérez, J. (2018). Control-oriented modelling and diagnostics of diesel after-treatment catalysts [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115937
TESIS

This degree project cover renovation of sanitary rooms with focus on an exchange from a radiator system to an underfloor heating system out of the three aspects energy, moisture and thermal comfort. The used method is literature study, interview, case study and calculations. When a radiator system is replaced with an underfloor heating system the energy demand will decrease due to a possible temperature reduction. The power requirement for the bathrooms will be reduced if the finish material have a higher density and the volume of the room is small. The moisture aspect can in some cases deteriorate with the replacement of systems. It is possible to achieve the same thermal comfort with any system, but it is easier to adjust with an underfloor heating system. An exchange from a radiator system to an underfloor heating system is possible. The energy and thermal comfort aspects improves, but the moisture aspect will potentially degrade.