Kaksivaiheisen lämmöntalteenottoprosessin soveltuvuus poistoilmanvaihtoiseen kerrostaloon

Diplomityön tavoitteena oli tarkastella perinteistä poistoilmanvaihtoa käyttävän kerrostalon lämmöntalteenottoa menetelmällä, joka yhdistää poistoilmalämpöpumpun ja maalämpöpumpun toiminnat. Nostamalla maalämpöpumpulle tulevan veden lämpötilaa saadaan nostettua järjestelmän COP-arvoa, jolla on suuri merkitys laitteen energiateknisen toiminnan kannalta. Laskelmat tehtiin Suomen rakennusmääräyskokoelman ohjeiden mukaisesti käyttämällä MX6- energiaohjelmaa sekä simuloimalla kylmäprosessia. Tulokset yhdistettiin taulukkolaskentaohjelmassa, ja näin saatiin teoreettinen säästölaskelma, joka perustuu arvioituun kuukausittaiseen energian keskikulutukseen, ts. taseeseen. Työssä todettiin, että poistoilmalämpöpumppu saattaisi kuluttaa poistoilman lämmöntalteenotossa liikaa sähköä, työssä tarkoitetulla tavalla. Kulutus olisi enemmän kuin maalämpöpumpun COP-arvon parantamisella saatava rahallinen hyöty. Koneellisen poistoilman välittämän energian tehokas käyttö on kuitenkin yksi mahdollisuus säästää maalämpöreikien poraamisessa, jos kerrostalossa harkittaisiin kokonaan maalämpöön siirtymistä.

Viilun kuivauksen energiatehokkuuden parantaminen

Tämän työn tavoitteena on parantaa viilun kuivauksen energiatehokkuutta. Työssä käsitellään puun rakennetta kuivauksen kannalta, kuivumiseen liittyviä lämmönja massansiirron ilmiöitä ja nykyisiä viilun kuivaus koneita. Viilun kuivaamisen energiansäästö mahdollisuuksissa keskitytään pääasiassa kuivaajan lämmön talteenottoon ja kiertopuhaltimien sähkötehon pienentämiseen. Työn tulosten perusteella viilun kuivauksen energiatehokkuutta voidaan parantaa huomattavasti.

Valmistavan tehtaan tuotannon tehostaminen reaaliaikaisen tiedon avulla

Teollinen toimintaympäristö on muuttunut globalisaation seurauksena. Sisäisten ja ulkoisten asiakkaiden vaatimukset ovat entistä haastavampia toimitusajan, laadun ja kustannusten suhteen. Yritysten on automatisoitava toimintoja, jotta voidaan saavuttaa kilpailuetua ja parantaa yrityksen tehokkuutta. Diplomityön tarkoitus on kirjallisuus- ja vertailututkimuksen yhteenvetona koostaa asiakasyrityksen tarpeisiin soveltuva toimintomalli reaaliaikaisen tiedon hyödyntä-miseen valmistavan tehtaan tuotannon tehostamisessa. Kirjallisuustutkimusten avulla pyritään analysoimaan valmistavan teollisuuden erityispiirteet toimintaympäristön osalta, kartoittamaan soveltuvin teknologia haastavaan toimintaympäristöön sekä löytää keinot kuinka reaaliaikaista tietoa hyödynnetään tuotannon tehokkuuden toteutumisessa. Vertailututkimuksessa analysoidaan kahta reaaliaikaista tietoa toiminnoissaan hyödyntävää yritystä, joiden tuloksia verrataan kirjallisuustutkimuksen aineistoon. Työn soveltavassa osuudessa luotiin toimintomalli asiakasyrityksen tarpeisiin, huomioiden tehtaan toiminnot kokonaisuutena. Toimintomallin avulla yritys pystyy toteuttamaan reaaliaikaisen tiedon keräämisen sekä hyödyntämisen yrityksen toi-minnoista. Toimintomallin toimivuus todettiin soveltamalla pilot-projekti asiakasyrityksen tuotantoon ja analysoitiin saavutettuja tuloksia haastattelujen sekä kvalitatiivisten tulosten perusteella. Työn tutkimukset osoittivat haasteet valmistavan teollisuuden toimintaympäristön ja automaatioteknologian soveltamisessa. Yritysten tulee suunnitteella toimintamallin kokonaisuus ja pohtia järjestelmän toimivuutta ongelmatilanteissa. Reaaliaikaisen tiedonkeruun soveltaminen onnistuneesti mahdollistaa hyötyjä monella tapaa. Merkittävimmät ovat tehokkuuden kehittyminen toimintojen nopeutumisena sekä resurssisäästöt toimintojen automatisoinnin johdosta. Reaaliaikaista tietoa voidaan hyödyntää myös suorituskyvyn johtamisessa mittariston avulla.

Framework for Regional Heating Energy Efficiency Assessment

The aim of this project was to develop general framework for systematic assessment of energy efficiency of heating on regional level in Russia. The framework created during this project includes two main instruments, namely: general regional heating energy efficiency assessment model (REEMod) and general regional heating energy efficiency assessment criteria for housing areas (REECrit). Framework pays extreme attention to realization of energy saving, overall cost efficiency and comfortable indoor climate. Life-cycle ideology was applied during creation of the framework. Application of the framework can provide decision-making process with systematically collected and processed information on current state of areas energy efficiency. Such information will help decision makers to evaluate current situation of the whole energy chain, to compare different development scenarios and to identify the most efficient improvement methods, thus supporting realization of regions efficient energy management. Simultaneous pursuit of energy savings, cost efficiency and indoor air quality can contribute to development of sustainable community. Presented instruments should be continuously developed further as an iterative process based on knew experience, development of technology and overall understanding of energy efficiency issues.

Hygro-elasto-plastic behavior of planar orthotropic material

The mechanical and hygroscopic properties of paper and board are factors affecting the whole lifecycle of a product, including paper/board quality, production, converting, and material and energy savings. The progress of shrinkage profiles, loose edges of web, baggy web causing wrinkling and misregistration in printing are examples of factors affecting runnability and end product quality in the drying section and converting processes, where paper or board is treated as a moving web. The structural properties and internal stresses or plastic strain differences built up during production also cause the end-product defects related to distortion of the shape of the product such as sheet or box. The objective of this work was to construct a model capable of capturing the characteristic behavior of hygroscopic orthotropic material under moisture change, during different external in-plane stretch or stress conditions. Two independent experimental models were constructed: the elasto-plastic material model and the hygroexpansivity-shrinkage model. Both describe the structural properties of the sheet with a fiber orientation probability distribution, and both are functions of the dry solids content and fiber orientation anisotropy index. The anisotropy index, introduced in this work, simplifies the procedure of determining the constitutive parameters of the material model and the hygroexpansion coefficients in different in-plane directions of the orthotropic sheet. The mathematically consistent elasto-plastic material model and the dry solids content dependent hygroexpansivity have been constructed over the entire range from wet to dry. The presented elastoplastic and hygroexpansivity-shrinkage models can be used in an analytical approach to estimate the plastic strain and shrinkage in simple one-dimensional cases. For studies of the combined and more complicated effects of hygro-elasto-plastic behavior, both models were implemented in a finite element program for a numerical solution. The finite element approach also offered possibilities for studying different structural variations of orthotropic planar material, as well as local buckling behavior and internal stress situations of the sheet or web generated by local strain differences. A comparison of the simulation examples presented in this work to results published earlier confirms that the hygro-elasto-plastic model provides at least qualitatively reasonable estimates. The application potential of the hygro-elasto-plastic model is versatile, including several phenomena and defects appearing in the drying, converting and end-use conditions of the paper or board webs and products, or in other corresponding complex planar materials.

Sähköisen taloushallinnon vaikutukset tilitoimiston työskentelytapoihin Case-yrityksessä

Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää, mitä mahdollisuuksia ja haasteita sähköinen taloushallinto tuo tilitoimistoille ja miten ne vaikuttavat työskentelyyn. Vaikka sähköisiä taloushallinnon järjestelmiä on tutkittu paljon jo aiemmin, vielä ei kovin laajasti ole tarkasteltu sitä, miten ne käytännössä vaikuttavat tilitoimistoihin. Tutkielma on luonteeltaan kvalitatiivinen ja se on toteutettu case-tutkimuksena lappeenrantalaisesta tilitoimistosta. Tutkimuksen teoria rakentuu aihetta käsittelevän kirjallisuuden perusteella ja empiria on kerätty puolistrukturoiduilla teemahaastatteluilla. Haastatteluista saatuja tuloksia on verrattu kirjallisuudessa esitettyihin näkemyksiin sähköisen taloushallinnon mahdollisuuksista ja haasteista sekä sähköisen taloushallinnon vaikutuksista työskentelyyn. Tutkimuksessa selvisi, että kirjallisuudessa ja käytännössä sähköisen taloushallinnon tarjoamat mahdollisuudet ja haasteet sekä niiden vaikutukset työskentelyyn eroavat toisistaan. Suurimpia mahdollisuuksia olivat työskentelyn parantunut tehokkuus, kustannussäästöt sekä saadun informaation parempi laatu. Teoriassa haasteiksi koettiin koulutuksen puute ja työntekijöiden sekä asiakkaiden muutosvastarinta. Käytännössä suurimman haasteen sähköisen taloushallinnon käytettävyydelle kuitenkin aiheuttavat ohjelmistot ja niiden mukanaan tuomat ongelmat. Sähköistymisen myötä kirjanpitäjistä tulee teoriassa enemmänkin konsultteja ja tilitoimistoissakin työskentelee erikseen esimerkiksi reskontranhoitajia. Tosiasiassa roolien muuttuminen ei kuitenkaan ole aivan itsestään selvää ja sähköisiin järjestelmiin siirtymisen odotetaan kestävän vielä kauan.

Apply of energy storages in electricity distribution networks and reserve capacity applications

The Thesis is dedicated to development of an operative tool to support decision making of battery energy storages implementation in distribution networks. The basics of various battery technologies, their perspectives and challenges are represented in the Thesis. Mathematical equations that describe economic effect from battery energy storage installation are offered. The main factors that influence profitability of battery settings have been explored and mathematically defined. Mathematical model and principal trends of battery storage profitability under an impact of the major factors are determined. The meaning of annual net value was introduced to show the difference between savings and required costs. The model gives a clear vision for dependencies between annual net value and main factors. Proposals for optimal network and battery characteristics are suggested.

Ohuiden päällystyskerrosten applikointi puukuitupohjaisille materiaaleille

Työn aiheena oli tutkia vaahdon soveltuvuutta ohuiden päällystyskerrosten applikointiin paperin tai kartongin pinnalle. Paperia ja kartonkia päällystetään teollisessa mittakaavassa eri menetelmillä, mutta niille kaikille yhteistä on päällystyspastan laimentaminen vedellä ennen applikointia ja laimennusveden haihduttaminen applikoinnin jälkeen päällysteen asettamiseksi. Laimennus on tärkeää pastan komponenttien tasaisen levittämisen vuoksi, mutta veden haihduttaminen kuluttaa valtavasti energiaa. Tekstiiliteollisuudessa on saavutettu merkittäviä säästöjä kuivausenergiassa korvaamalla laajalti vedellä laimentaminen vaahdottamisella. Diplomityön kirjallisessa osassa käytiin läpi vaahdon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä selvitettiin mitä kemikaaleja ja laitteita vaahdotukseen käytetään. Lisäksi luotiin katsaus vaahtoprosessien käyttöön tekstiiliteollisuudessa ja muilla aloilla. Kokeellinen osa koostui esikokeista, joissa selvitettiin pastan koostumuksen vaikutuksia vaahtoamiseen, ja pilot-mittakaavan koeajoista, joissa esikokeiden tuloksia hyödynnettiin. Esikokeissa huomiota kiinnitettiin varsinkin eri polyvinyylialkoholien (PVA) seosten erinomaiseen vaahtoavuuteen. Pilot-koeajoissa vaahtopäällystys vaikutti lupaavalta menetelmältä, joskaan täysin tyydyttävää päällystystulosta ei saavutettu. Suurimpana ongelmana esiintyi ilman pääseminen pohjapaperin ja päällysteen väliin ja siitä seuraava huono päällystejälki. Toisen ongelmakokonaisuuden muodostivat päällysteeseen jäävät reiät. Vaahtopäällystys vaikuttaa lupaavalta tekniikalta ohuiden päällystekerrosten applikointiin, mutta pastareseptejä tulee optimoida ja ratkaista päällysteen alle pääsevän ilman ongelma.

Development of project cash flow forecasting process

Process management refers to improving the key functions of a company. The main functions of the case company - project management, procurement, finance, and human resource - use their own separate systems. The case company is in the process of changing its software. Different functions will use the same system in the future. This software change causes changes in some of the company’s processes. Project cash flow forecasting process is one of the changing processes. Cash flow forecasting ensures the sufficiency of money and prepares for possible changes in the future. This will help to ensure the company’s viability. The purpose of the research is to describe a new project cash flow forecasting process. In addition, the aim is to analyze the impacts of the process change, with regard to the project control department’s workload and resources through the process measurement, and how the impacts take the department’s future operations into account. The research is based on process management. Processes, their descriptions, and the way the process management uses the information, are discussed in the theory part of this research. The theory part is based on literature and articles. Project cash flow and forecasting-related benefits are also discussed. After this, the project cash flow forecasting as-is and to-be processes are described by utilizing information, obtained from the theoretical part, as well as the know-how of the project control department’s personnel. Written descriptions and cross-functional flowcharts are used for descriptions. Process measurement is based on interviews with the personnel – mainly cost controllers and department managers. The process change and the integration of two processes will allow work time for other things, for example, analysis of costs. In addition to the quality of the cash flow information will improve compared to the as-is process. Analyzing the department’s other main processes, department’s roles, and their responsibilities should be checked and redesigned. This way, there will be an opportunity to achieve the best possible efficiency and cost savings.

Palmupohjaisten raaka-aineiden soveltuvuus lämpökynttilämateriaaliksi

Työssä tutkittiin palmupohjaisten raaka-aineiden soveltuvuutta lämpökynttilän valmistukseen steariinin ja parafiinin kanssa. Palmupohjaiset raaka-aineet ovat halvempia kuin steariini ja parafiini, joten raaka-aineen korvaaminen palmupohjaisilla raaka-aineilla voisi tuoda säästöä kynttilänvalmistajalle. Lisäksi niillä voidaan vaikuttaa lämpökynttilän ominaisuuksiin. Teoriaosassa käsiteltiin lämpökynttilän raaka-aineista steariini, parafiini ja palmusteariini. Osassa selitettiin RAL-laatustandardin Quality Mark Candles vaatimukset lämpökynttilälle sekä valuastialle ja keskusteltiin valulämpötilan, jäähdytyksen, viskositeetin ja haaroittuneiden yhdisteiden lukumäärän vaikutuksesta lämpökynttilän koostumukseen. Kokeellisessa osassa valmistettiin lämpökynttilöitä steariinin ja palmupohjaisten raaka-aineiden seoksista palmuraaka-aineiden määrillä 10, 20 ja 30 m- %:a. Parafiinin ja palmusteariinin sekä palmun mid-fraktion seokset valmistettiin palmuraaka-aineiden osuuksilla 10, 20, 40 ja 50 m- %:a ja myös palmusteariinin soft-fraktiolla kokeiltiin seosta 50 m- %:lla. Steariinin ja palmupohjaisten raaka-aineiden seokset eivät toimineet ainakaan käytetyillä sydänlangoilla. Liekinkorkeudet olivat alhaisia eivätkä visuaaliset vaatimukset täyttyneet. Parafiinin ja palmupohjaisten raaka-aineiden seoksista valmistetut kynttilät paloivat ideaalisesti palmuraaka-aineiden osuuksilla 35 – 50 m- %:a. Tulosten perusteella fraktion valinnalla ei näyttänyt olevan merkitystä, mutta palmusteariini on ominaisuuksiensa puolesta kynttilänvalmistukseen soveltuvin. Liekinkorkeus ja palovuo laskivat lineaarisesti palmuraaka-aineen osuuden kasvaessa parafiinikynttilässä.

Large scale solar power plant flat roof and carport installation in Finland

This work focuses on the 159.5 kW solar photovoltaic power plant project installed at the Lappeenranta University of Technology in 2013 as an example of what a solar plant project could be in Finland. The project consists of a two row carport and a flat roof installation on the roof of the university laboratories. The purpose of this project is not only its obvious energy savings potential but also to serve as research and teaching laboratory tool. By 2013, there were not many large scale solar power plants in Finland. For this reason, the installation and data experience from the solar power plant at LUT has brought valuable information for similar projects in northern countries. This work includes a first part for the design and acquisition of the project to continue explaining about the components and their installation. At the end, energy produced by this solar power plant is studied and calculated to find out some relevant economical results. For this, the radiation arriving to southern Finland, the losses of the system in cold weather and the impact of snow among other aspects are taken into account.

Analyzing and Computing the Sustainability Gains of Building Automation

Smart home implementation in residential buildings promises to optimize energy usage and save significant amount of energy simply due to a better understanding of user's energy usage profile. Apart from the energy optimisation prospects of this technology, it also aims to guarantee occupants significant amount of comfort and remote control over home appliances both at home locations and at remote places. However, smart home investment just like any other kind of investment requires an adequate measurement and justification of the economic gains it could proffer before its realization. These economic gains could differ for different occupants due to their inherent behaviours and tendencies. Thus it is pertinent to investigate the various behaviours and tendencies of occupants in different domain of interests and to measure the value of the energy savings accrued by smart home implementations in these domains of interest in order to justify such economic gains. This thesis investigates two domains of interests (the rented apartment and owned apartment) for primarily two behavioural tendencies (Finland and Germany) obtained from observation and corroborated by conducted interviews to measure the payback time and Return on Investment (ROI) of their smart home implementations. Also, similar measures are obtained for identified Australian use case. The research finding reveals that building automation for the Finnish behavioural tendencies seems to proffers a better ROI and payback time for smart home implementations.

Development of an Ecology-Oriented Software-Defined Networking Framework

ICT contributed to about 0.83 GtCO2 emissions where the 37% comes from the telecoms infrastructures. At the same time, the increasing cost of energy has been hindering the industry in providing more affordable services for the users. One of the sources of these problems is said to be the rigidity of the current network infrastructures which limits innovations in the network. SDN (Software Defined Network) has emerged as one of the prominent solutions with its idea of abstraction, visibility, and programmability in the network. Nevertheless, there are still significant efforts needed to actually utilize it to create a more energy and environmentally friendly network. In this paper, we suggested and developed a platform for developing ecology-related SDN applications. The main approach we take in realizing this goal is by maximizing the abstractions provided by OpenFlow and to expose RESTful interfaces to modules which enable energy saving in the network. While OpenFlow is made to be the standard for SDN protocol, there are still some mechanisms not defined in its specification such as settings related to Quality of Service (QoS). To solve this, we created REST interfaces for setting of QoS in the switches which can maximize network utilization. We also created a module for minimizing the required network resources in delivering packets across the network. This is achieved by utilizing redundant links when it is needed, but disabling them when the load in the network decreases. The usage of multi paths in a network is also evaluated for its benefit in terms of transfer rate improvement and energy savings. Hopefully, the developed framework can be beneficial for developers in creating applications for supporting environmentally friendly network infrastructures.

Households’ willingness to engage in demand response in the Finnish retail electricity market: an empirical study

If electricity users adjusted their consumption patterns according to time-variable electricity prices or other signals about the state of the power system, generation and network assets could be used more efficiently, and matching intermittent renewable power generation with electricity demand would be facilitated. This kind of adjustment of electricity consumption, or demand response, may be based on consumers’ decisions to shift or reduce electricity use in response to time-variable electricity prices or on the remote control of consumers’ electric appliances. However, while demand response is suggested as a solution to many issues in power systems, actual experiences from demand response programs with residential customers are mainly limited to short pilots with a small number of voluntary participants, and information about what kinds of changes consumers are willing and able to make and what motivates these changes is scarce. This doctoral dissertation contributes to the knowledge about what kinds of factors impact on residential consumers’ willingness and ability to take part in demand response. Saving opportunities calculated with actual price data from the Finnish retail electricity market are compared with the occurred supplier switching to generate a first estimate about how large savings could trigger action also in the case of demand response. Residential consumers’ motives to participate in demand response are also studied by a web-based survey with 2103 responses. Further, experiences of households with electricity consumption monitoring systems are discussed to increase knowledge about consumers’ interest in getting more information on their electricity use and adjusting their behavior based on it. Impacts of information on willingness to participate in demand response programs are also approached by a survey for experts of their willingness to engage in demand response activities. Residential customers seem ready to allow remote control of electric appliances that does not require changes in their everyday routines. Based on residents’ own activity, the electricity consuming activities that are considered shiftable are very limited. In both cases, the savings in electricity costs required to allow remote control or to engage in demand response activities are relatively high. Nonmonetary incentives appeal to fewer households.

Ulosottotoimen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin nykytilan analysointi ja kehittäminen

Ulosottolaitoksen rakenneuudistushankkeessa selvitetään miten ulosottotyötä olisi mahdollista tehdä tehokkaammin. Toiminnan menoja on tulevina vuosina sopeutettava vähäisempiin määrärahoihin, johtuen hallinnonalan säästövelvoitteista. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää Ulosottolaitoksen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin työvoimakustannuksia ja tutkia miten työvoimakustannusvähennyksiin olisi mahdollista päästä. Työssä selvitetään prosessin työvaiheet, minkä jälkeen työvoimakustannuksia lasketaan aikaperusteisella toimintolaskentamenetelmällä. Laskennassa tarvittavaa materiaalia on kerätty haastatteluin, sekä Ulosottolaitoksen tilastotiedoista ja kirjallisuudesta. Tulokset osoittavat prosessin yleisimpien työtehtävien tekemisen aiheuttavan noin 24,3 miljoonaa euroa työvoimakustannuksia vuodessa. Palveluiden sähköistämisen ja työtehtävien automatisoinnin lisäämisellä sekä töiden uudelleenorganisoinnilla olisi mahdollista vähentää vuosityövoimakustannuksia noin 6,2 miljoonaa euroa. Osa työtehtävistä voitaisiin myös keskittää työkuorman tasaamiseksi. Jatkossa tulee selvittää ovatko muutokset mahdollista toteuttaa kokonaisuudessaan.