Browsing by Author "Karvinen, Timo"

Now showing 1 - 6 of 6

Analysis of deep-heat energy wells for heat pump systems
(2019-12-16) Lund, Andreas
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Deep-heat wells in bedrock are a new potential heat source for heat pumps. With a depth up to ten-fold compared to state-of-the-art boreholes, a deep-heat well could extract much more heat from the same area enabling installation of heat pumps in densely populated areas. In this thesis, comprehensive thermal analyses were made to better understand the performance of such systems. For this purpose, a simulation model for deep-heat wells was developed with the COMSOL Multiphysics software. The performance of a deep well is influenced by many geophysical, thermophysical, and engineering factors. For example, a higher thermal conductivity and thermal gradient increases the thermal output of the borehole heat exchanger. There is a strong link between the well performance and inlet temperature of fluid and mass flow rate. The simulations indicate that a 2 km deep well with a coaxial borehole heat exchanger produces 110 kW (55 W/m) at steady state. The yearly heat energy output would be 30-fold com-pared to a traditional borehole. Different operational strategies and well configurations were also analyzed. The deep-heat well can be used for heat storage, e.g. with power-to-heat schemes enabling quite high charging power levels up to 1 MW for shorter periods. Using multiple wells increases the overall performance, but the wells start to interfere each other’s performance with more than four wells with 30 m well distance. The borehole heat exchanger contains some special issues due to its length. To avoid thermal short-circuiting, a vacuum tube type of solution is recommended instead of plastic pipes, which could drop the heat output by even 50%. Setting an optimal flow rate is also important, as the electricity needed for pumping the heat transfer fluid could easily reduce the system COP by up to 10%, or even more in non-optimal systems. The thesis results emphasize careful planning and design of deep-heat systems, in particular in geoengineering and thermal engineering, when moving to practical pilot project. Comprehensive optimization of deep-heat systems would be relevant for future work to establish standard designs for practitioners.
Building energy consumption prediction using statistical methods
(2020-12-16) Kukkonen, Valtteri
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Buildings are a globally significant consumer of energy. Thus, they are also responsible for a significant amount of greenhouse gases. Accordingly, energy efficiency is top of mind in the building management community. Ability to understand and predict energy consumption better offers new energy saving possibilities, e.g., through more advanced energy management schemes. Current artificial intelligence -empowered methods enable forecasting consumption with unprecedented accuracy for building management. The research problem of the study is to develop an easily customizable prediction model with sufficient predictive power to be used in tasks such as anomaly detection. Two gradient boosting machine -based models are developed to predict heat and electricity consumption for a couple of dozen non-residential buildings. The models developed use a combination of historical consumption and weather data as input. Even with the same model applied to multiple buildings, both models achieve strong prediction performance 24 hours into the future. The power of current artificial intelligence methods showcased in the study underline the need for systematic artificial intelligence strategy for companies in the building management industry. An outlook in information and building management concepts as well as in state-of-the-art prediction methods is given to guide managers working in buildings-related industries. The research follows design science methodology. Thus, it demonstrates the applicability of design science as a method of research for information technology -empowered building management research.
Extended Pharmacokinetic Model of the Rabbit Eye for Intravitreal and Intracameral Injections of Macromolecules: Quantitative Analysis of Anterior and Posterior Elimination Pathways
(2018-08-01) Lamminsalo, Marko; Taskinen, Ella; Karvinen, Timo; Subrizi, Astrid; Murtomäki, Lasse; Urtti, Arto; Ranta, Veli Pekka
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
Purpose: To extend the physiological features of the anatomically accurate model of the rabbit eye for intravitreal (IVT) and intracameral (IC) injections of macromolecules. Methods: The computational fluid dynamic model of the rabbit eye by Missel (2012) was extended by enhancing the mixing in the anterior chamber with thermal gradient, heat transfer and gravity, and studying its effect on IC injections of hyaluronic acids. In IVT injections of FITC-dextrans (MW 10–157 kDa) the diffusion though retina was defined based on published in vitro data. Systematic changes in retinal permeability and convective transport were made, and the percentages of anterior and posterior elimination pathways were quantified. Simulations were compared with published in vivo data. Results: With the enhanced mixing the elimination half-lives of hyaluronic acids after IC injection were 62–100 min that are similar to in vivo data and close to the theoretical value for the well-stirred anterior chamber (57 min). In IVT injections of FITC-dextrans a good match between simulations and in vivo data was obtained when the percentage of anterior elimination pathway was over 80%. Conclusions: The simulations with the extended model closely resemble in vivo pharmacokinetics, and the model is a valuable tool for data interpretation and predictions.
Logistics Customer Support at the Nordic Level in a Major Air Express Carrier
(1996) Karvinen, Timo
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Suomen kiinteistökannan energiatehokkuuspotentiaalin arviointi
(2023-08-21) Tallavaara, Essi
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Rakennusten lämmitys muodostaa 27 % Suomen energiankulutuksesta, joten kiinteistökannan energiatehokkuuden parantaminen on olennaista ilmastonmuutoksen vaikutusten hidastamiseksi. Lisäksi energiantuotannon rajallisuus sekä siirtymä uusiutuvaan energiaan lisäävät painetta vähentää kokonaisenergiankulutusta niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa. Tämän takia on merkityksellistä tutkia parhaita menetelmiä rakennusten energiankulutuksen ja päästöjen vähentämiseksi. Tutkimuksen tavoitteena on määrittää parhaat toimenpiteet eri kiinteistötyyppien energiatehokkuuden parantamiseen sekä arvioida niiden vaikutuksia kiinteistön elinkaarikustannuksiin, energiankulutukseen ja hiilidioksidipäästöihin. Nämä tulokset saadaan energiasimulointien, asiantuntijahaastatteluiden ja kirjallisuuden avulla. Lisäksi työssä analysoidaan energian hintojen nousun ja EU:n energiapolitiikan vaikutuksia energiakorjausasteen kehitykseen. Lopuksi työssä arvioidaan parhaiden energiatoimenpiteiden säästöpotentiaalia Suomen kiinteistökannan kokonaisenergiankulutukseen ja -hiilidioksidipäästöihin. Tulosten perusteella parhaat toimenpiteet eri kiinteistötyyppien energiatehokkuuden parantamiseen ovat lämpöpumput ja erityisesti maalämpöpumput. Tämän lisäksi ilmanvaihdon lämmöntalteenoton hyötysuhteen kasvattaminen ja aurinkopaneelit ovat kustannustehokkaita toimenpiteitä. Rakennusten lisäeristäminen ei ole yleisesti kannattavaa. Parhailla toimenpideyhdistelmillä säästetään 55–71 prosenttia energiankulutuksessa eri kiinteistötyypeissä. Kaikkien asuinkerrostalojen, toimistojen ja kaupan kiinteistöjen yhteenlaskettu säästöpotentiaali vastaa 3,2 prosenttia Suomen kokonaisenergiankulutuksesta.
Uimahallirakennuksen energiatehokkuus ja sisäilman laatu
(2021-08-23) Kiiskinen, Milla
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Uimahallien ominaisenergiankulutus on keskimäärin 58 % muita palvelurakennuksia suurempi, mikä johtuu pääosin allastilan sisäilmaolosuhteiden hallinnasta: ilmanvaihto ylläpitää allastiloissa korkeaa kosteuspitoisuutta ja lämpötilaa veden haihdunnan vähentämiseksi altaista sekä uimareiden kostealta iholta, sillä haihdunta sitoo merkittävästi lämpöenergiaa. Tiukentuvat energiatehokkuus- ja sisäilman laatuvaatimukset tekevät uimahallien peruskorjauksesta ja uudisrakentamisesta haastavaa. Sisäilmaolosuhteiden hallintaan kuluva energia voidaan kuitenkin jo nykyisillä lämpöpumppujärjestelmillä hyödyntää uimahallin energianlähteenä. Diplomityön tavoitteena oli tunnistaa uimahallien energiatehokkuuteen sekä sisäilman laatuun vaikuttavat tekijät ja niiden hallintamenetelmät. Energiasäästöiltään ja kustannustehokkuudeltaan optimaalisimmiksi ratkaisuiksi nousivat kirjallisuudessa erilaiset lämpöpumppuratkaisut, joiden vaikutusta uimahallin kokonaisenergiankulutukseen sekä sisäilmaston laatuun tutkittiin dynaamisella IDA ICE -simuloinnilla. Case-kohteeksi valittiin Monitoimikeskus Vesileppis, jossa ei ole vielä hyödynnetty nykyisiä lämmöntalteenottoratkaisuja. Kylpylän kohdekäynnillä havaittiin, että kylpyläosaston sisäilmasto-olosuhteet eivät vastanneet ohjearvoja, mikä aiheutti ilmanvaihtokoneen sekä allasvesien lämmityksen energiantarpeen kasvun. Pelkästään allastilan ilmanvaihtokoneen päivittämisellä nykyaikaiseen, ristivirtalevylämmönsiirtimellä ja lämpöpumpulla varustettuun malliin koko uimahallirakennuksen kaukolämmöntarve väheni 24 % lähtötilanteeseen verrattuna, kun taas ylijäämälämmön johtaminen allasvesien kiertoon vähensi kaukolämmöntarvetta jo yli 37 %. Lisäksi ilmanvaihtokoneen ohjaus sisäilman laatuparametrien raja-arvojen mukaisesti nosti kylpylän sisäilmaolosuhteet oikealle tasolle ja vähensi esimerkiksi allasvesien lämmitystarvetta jopa noin 10 %. Viimeisessä skenaariossa tutkittiin energiankierrätysjärjestelmää lämpöpumppulaitoksella, jossa lämpöä otettiin talteen vielä ilmanvaihtokoneen jälkeen allastilan jäteilmakanavasta sekä harmaavesistä. Lämpöpumppulaitokselta hukkalämpöä johdettiin koko kylpylän lämmitys- ja käyttövesiverkostoihin. Kaukolämmöntarve väheni energiankierrätysjärjestelmällä jopa 77 %, ja kesäaikaan kylpylän tarvitsema lämpö voitiin tuottaa lähes kokonaan hukkaenergiavirtoja kierrättämällä. Lisäksi skenaarioiden energiatehokkuustoimenpiteet tuottivat kustannussäästöjä, merkittävimmin lämpöpumppulaitoksella: kylpylän kokonaiskäyttökustannukset vähenivät peräti 24 % energiankierrätysratkaisun ansiosta.