Characteristics of urban heat island (UHI) in a high latitude coastal city - a case study of Turku, SW Finland

The term urban heat island (UHI) refers to the common situation in which the city is warmer than its rural surroundings. In this dissertation, the local climate, and especially the UHI, of the coastal city of Turku (182,000 inh.), SW Finland, was studied in different spatial and temporal scales. The crucial aim was to sort out the urban, topographical and water body impact on temperatures at different seasons and times of the day. In addition, the impact of weather on spatiotemporal temperature differences was studied. The relative importance of environmental factors was estimated with different modelling approaches and a large number of explanatory variables with various spatial scales. The city centre is the warmest place in the Turku area. Temperature excess relative to the coldest sites, i.e. rural areas about 10 kilometers to the NE from the centre, is on average 2 °C. Occasionally, the UHI intensity can be even 10 °C. The UHI does not prevail continuously in the Turku area, but occasionally the city centre can be colder than its surroundings. Then the term urban cool island or urban cold island (UCI) is used. The UCI is most common in daytime in spring and in summer, whereas during winter the UHI prevails throughout the day. On average, the spatial temperature differences are largest in summer, whereas the single extreme values are often observed in winter. The seasonally varying sea temperature causes the shift of relatively warm areas towards the coast in autumn and inland in spring. In the long term, urban land use was concluded to be the most important factor causing spatial temperature differences in the Turku area. The impact was mainly a warming one. The impact of water bodies was emphasised in spring and autumn, when the water temperature was relatively cold and warm, respectively. The impact of topography was on average the weakest, and was seen mainly in proneness of relatively low-lying places for cold air drainage during night-time. During inversions, however, the impact of topography was emphasised, occasionally outperforming those of urban land use and water bodies.

Lämpökuvaus laadunvarmistustyökaluna talonrakentamisessa

Tutkimuksen tavoitteena oli luoda NCC Rakennus Oy:lle uusi lämpökuvaus-toimintamalli, joka mahdollistaa rakentamisen ja rakennusten työvaiheiden laadunvarmistamisen entistä tehokkaammin. Tutkimuksessa käsiteltiin lämpökuvauksen perusteita, lämpökuvaustoiminnan roolia yrityksen laatujärjestelmässä ja erityispiirteitä eri työlajien laadunvarmistuksessa. Tutkimuksessa keskityttiin uudishankkeisiin toimitilarakentamisessa, asunto-, takuu- ja korjauspuolen aiheita käsiteltiin yleisesti. Insinöörityön lähdemateriaalina käytettiin lämpökuvaus- ja rakennuskirjallisuutta, yleisiä rakennusmääräyksiä ja -ohjeita, haastatteluja ja lämpökuvausraportteja. Teoriaosuuden jälkeen selvitettiin NCC:n kokemuksia lämpökuvauksesta ja kohteissa havaituista lämpöteknisistä ongelmakohdista. Kokeellisia lämpökuvauksia suoritettiin lämpökuvausolosuhteiden salliessa yhteensä seitsemässä toimitilakohteessa, yhdessä rivitalokohteessa, julkisivusaneerauskohteen 14:sta kerrostaloasunnossa ja yhdessä yksityisessä paritaloasunnossa. Toimintamalli osoittautui erittäin tarpeelliseksi ja tehokkaaksi rakennusten lämpöteknisen tiiveyden ja talotekniikan lämmitysjärjestelmien toiminnan varmistamisessa. Toistuvien lämpökuvausten aikana selvisi mittauslaitteiston ominaisuuksien merkitys, aputyökalujen ja tutkimusajan tarve sekä työnaikaisen lämpökuvausraportin rakenne. Insinöörityön tuloksena syntyi lämpökuvauksen avuksi toimintamalli, josta selviää rakennusvaiheittain lämpökuvauksen vaikutustapa, paikka, tiedonkulku, lämpökuvauksessa toistuvat vaiheet, osapuolet, tehtävät ja työkalut. Lämpökuvauksen avuksi luotiin aputyökaluja, jotka ovat avaintyölajien lämpökuvausohjekortit sekä suunnittelussa ja kuvaustilanteessa käytettävä apumateriaali kuten lämpökuvauksen tilauspohja, käyttäjätiedote, mittauspöytäkirja- pohja ja valmiit lämpötilaindeksien mukaiset pintalämpötilojen ohjearvotaulukot.

The evaluation of hazardous gas components caused by the thermal degradation of plant oils and animal fats

Neste Oil has introduced plant oils and animal fats for the production of NExBTL renewable diesel, and these raw materials differ from the conventional mineral based oils. One subject of new raw materials study is thermal degradation, or in another name pyrolysis, of these organic oils and fats. The aim of this master’s thesis is to increase knowledge on thermal degradation of these new raw materials, and to identify possible gaseous harmful thermal degradation compounds. Another aim is to de-termine the health and environmental hazards of identified compounds. One objective is also to examine the formation possibilities of hazardous compounds in the produc-tion of NExBTL-diesel. Plant oils and animal fats consist mostly of triglycerides. Pyrolysis of triglycerides is a complex phenomenon, and many degradation products can be formed. Based on the literature studies, 13 hazardous degradation products were identified, one of which was acrolein. This compound is very toxic and dangerous to the environment. Own pyrolysis experiments were carried out with rapeseed and palm oils, and with a mix-ture of palm oil and animal fat. At least 12 hazardous compounds, including acrolein, were analysed from the gas phase. According to the experiments, the factors which influence on acrolein formation are the time of the experiment, the sphere (air/hydrogen) in which the experiment is carried out, and the characteristics of the used oil. The production of NExBTL-diesel is not based on pyrolysis. This is why thermal degradation is possible only when abnormal process conditions prevail.

Variable-speed-drive-based detection methods for problems in fluid handling systems

Fluid handling systems account for a significant share of the global consumption of electrical energy. They also suffer from problems, which reduce their energy efficiency and increase life-cycle costs. Detecting or predicting these problems in time can make fluid handling systems more environmentally and economically sustainable to operate. In this Master’s Thesis, significant problems in fluid systems were studied and possibilities to develop variable-speed-drive-based detection methods for them was discussed. A literature review was conducted to find significant problems occurring in fluid handling systems containing pumps, fans and compressors. To find case examples for evaluating the feasibility of variable-speed-drive-based methods, queries were sent to industrial companies. As a result of this, the possibility to detect heat exchanger fouling with a variable-speed drive was analysed with data from three industrial cases. It was found that a mass flow rate estimate, which can be generated with a variable speed drive, can be used together with temperature measurements to monitor a heat exchanger’s thermal performance. Secondly, it was found that the fouling-related increase in the pressure drop of a heat exchanger can be monitored with a variable speed drive. Lastly, for systems where the flow device is speed controlled with by a pressure measurement, it was concluded that increasing rotational speed can be interpreted as progressing fouling in the heat exchanger.

Sähkölieden paistouunin energiatalouden analysointi ja parannusehdotusten kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää nykyisen sähkölieden paistouunin energiankulutuksen kriittisimmät kohteet sekä pohtia tulevaisuuden liesissä mahdollisesti käyttöön otettavia uusia, lieden energiatalouden kannalta edullisia ratkaisuja. Työn keskeisenä osana oli tutustua kotitalousliesien energiankulutuksen CENELEC:n EN 50304 standardiin, jonka perusteella uuneja tullaan tulevaisuudessa testaamaan energiamerkkiä varten. Standardin mukaisia kokeita tehtiin useilla nykytuotannossa olevilla sähköliesillä sekä lisäksi joillakin protomalleilla. Lisäksi diplomityössä määritettiin kokeellisesti uunin luukun osuus energiankulutuksesta, uunin lämpökapasiteetin pienentämisen vaikutus energiankulutukseen sekä vertailtiin eri eristemateriaaleja. Sähköliesien kilpailutilanne markkinoilla on kiristynyt vuosi vuodelta. Näin ollen pienet valmistuskustannukset ovat liesien kannattavan tuotannon edellytys. Onkin vaikea tehtävä määrittää uunin energiataloutta parantavia kehitysratkaisuja, jotka olisivat myös taloudellisesti kannattavia.

Pulssitettu laserablaatio mikrofluidisten kanavistojen sarjatuotantomenetelmänä

Puolijohteiden yleistyttyä vuodesta 1948 alkaen, ovat elektroniset laitteet pienentyneet jatkuvasti tehojen kuitenkin kasvaessa. Kasvaneet tehotiheydet kuitenkin vaikeuttavat laitesuunnittelua, sillä puoljohdekomponenttien suorituskyvylle ja eliniälle on oleellista lämpötilojen ja lämpötilavaihteluiden minimointi. Perinteisen ilmajäähdytyksen lähestyessä rajojaan niin kokonaistehon kuin järkevän energiatehokkuudenkin suhteen, on parhaaksi seuraavaksi teknologiaksi ennustettu kaksifaasijäähdytystä, jonka suorituskyky ja energiatehokkuus ovat vaaditulla tasolla. Kaksifaasijäähdytyksen optimaaliselle toiminnalle tärkeää on hyvin suunniteltu ja tarkasti valmistettu lämmönsiirtopinta, jota kutsutaan mikrokanavistoksi. Pulssitettu laserkaiverrus on edistynyt valmistustekniikka, jonka tarkkuus ja luotettavuus sopisivat mikrokanavistojen valmistamiseen. Laserkaiverruksella saavutettavat lopputulokset vaihtelevat kuitenkin materiaalista riippuen ja kupari – jota käytetään yleisesti lämmönjohteena – on eräs huonoimmin lasertyöstöön reagoivista materiaaleista ja siksi on oleellista selvittää laser-kaiverruksen toimivuutta kuparisten mikrokanavistojen valmistuksessa. Pulssitetun laser-kaiverruksen eri variaatioista nanosekunti-luokan pulssinpituuksilla toimivat laitteet ovat jatkuvan tuotannon kannalta paras vaihtoehto niiden hyvän tuottavuuden, saatavuuden sekä kohtuullisen alkuinvestoinnin vuoksi. Käytännön kaiverruskokeiden perusteella selvisi, että menetelmä on laatunsa ja tarkkuutensa puolesta sopiva varsinaiseen tuotantoon. Kaiverruksen tehokkuus kuparia työstettäessä on kuitenkin ennakoituakin heikompi ja niin valmistus- kuin suunnitelu-prosessikin vaativat vielä jatkotutkimusta ja -kehitystä.

Hakunilan Kultsa/Urban II hanke : pohdintaa yhteisöteatterin merkityksestä alueelle

This thesis analyses what local community theatre activity means to an area and its residents, and whether this kind of activity is meaningful. The objective was to explore whether and how community art can help urban areas to move in the direction of sustainable development: whether art can be part of regional policy development work. Hakunilan Kultsa was founded in 2003. It is an Urban II, European Union project and part of the Community Iniative Programme 2001-2006, financed by the EU. Hakunilan Kultsa is also a co-operation between Vantaa city council's culture and youth services. The project encourages Hakunila residents of different ages to take part in versatile art and cultural intrests in the Hakunila youth centre. People have the opportunity to participate in theatre, expression, arts, dance, performing arts and writing groups. One of the main aims is to found a sustainable community theatre in the area. The thesis examines what effects Hakunilan Kultsa has had so far. Inquiry form and thematical interviews have been used as research methods. Interviews and questionnaires were gathered between Autumn 2004 and Spring 2005. The whole process lasted from Spring 2004 until Spring 2006. The author also made participatory observations during the research process which in turn affected the conclusions. The thesis also deals with associated topics such as urban programmes, sustainable development, Hakunila as a suburban area, resident stimulation, and community thetare work. Hakunilan Kultsa has proved its importance. Based on the enquiries and interviews, the project has effectively presented the possibility for art forms to become hobbies. There is no cultural, age or economical discrimination. The easily accessible site and the low threshold principle make it easy for people to participate. The community theatre has improved the area's public image, increased participation and initiative, and given a voice to the community.