Life cycle costs in heating, ventilation and air-conditioning systems with drive

Energy consumption and energy efficiency have become an issue. Energy consumption is rising all over the world and because of that, and the climate change, energy is becoming more and more expensive. Buildings are major consumers of energy, and inside the buildings the major consumers are heating, ventilation and air-conditioning systems. They usually run at constant speed without efficient control. In most cases HVAC equipment is also oversized. Traditionally heating, ventilation and air-conditioning systems have been sized to meet conditions that rarely occur. The theory part in this thesis represents the basics of life cycle costs and calculations for the whole life cycle of a system. It also represents HVAC systems, equipment, systems controls and ways to save energy in these systems. The empirical part of this thesis represents life cycle cost calculations for HVAC systems. With these calculations it is possible to compute costs for the whole life cycle for the wanted variables. Life cycle costs make it possible to compare which variable causes most of the costs from the whole life point of view. Life cycle costs were studied through two real life cases which were focused on two different kinds of HVAC systems. In both of these cases the renovations were already made, so that the comparison between the old and the new, now existing system would be easier. The study indicates that energy can be saved in HVAC systems by using variable speed drive as a control method.

Ventilation artificielle et protection pulmonaire

Une ventilation artificielle avec un volume courant excessif génère dans le poumon une tension et une contrainte élevées, susceptibles d'engendrer des lésions. La situation de l'SDRA, dans laquelle le volume pulmonaire disponible est fortement réduit (baby lung), a permis de bien comprendre ces mécanismes lésionnels. Ceci a permis d'établir des stratégies ventilatoires protectrices efficaces. Cette problématique est également pertinente pour des poumons non lésés au préalable, situation dans laquelle une ventilation protectrice devrait aussi s'appliquer.

Influence of process parameters on part quality and mechanical properties for DMLS and SLM with iron-based materials

Rapid manufacturing is an advanced manufacturing technology based on layer-by-layer manufacturing to produce a part. This paper presents experimental work carried out to investigate the effects of scan speed, layer thickness, and building direction on the following part features: dimensional error, surface roughness, and mechanical properties for DMLS with DS H20 powder and SLM with CL 20 powder (1.4404/AISI 316L). Findings were evaluated using ANOVA analysis. According to the experimental results, build direction has a significant effect on part quality, in terms of dimensional error and surface roughness. For the SLM process, the build direction has no influence on mechanical properties. Results of this research support industry estimating part quality and mechanical properties before the production of parts with additive manufacturing, using iron-based powders

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Mechanical circulatory support for destination therapy.

Patients with chronic heart failure who are not eligible for heart transplant and whose life expectancy depends mainly on the heart disease may benefit from mechanical circulatory support. Mechanical circulatory support restores adequate cardiac output and organ perfusion and eventually improves patients' clinical condition, quality of life and life expectancy. This treatment is called destination therapy (DT) and we estimate that in Switzerland more than 120 patients per year could benefit from it. In the last 10 years, design of the devices, implantation techniques and prognoses have changed dramatically. The key to successful therapy with a left ventricular assist device is appropriate patient selection, although we are still working on the definition of reliable inclusion and exclusion criteria and optimal timing for surgical implantation. Devices providing best long-term results are continuous flow, rotary or axial blood pumps implanted using minimally invasive techniques on a beating heart. These new devices (Thoratec HeartMate II and HeartWare HVAD) have only a single moving part, and have improved durability with virtually 10 years freedom from mechanical failure. In selected patients, the overall actuarial survival of DT patients is 75% at 1 year and 62% at 2 years, with a clear improvement in quality of life compared with medical management only. Complications include bleeding and infections; their overall incidence is significantly lower than with previous devices and their management is well defined. DT is evolving into an effective and reasonably cost-effective treatment option for a growing population of patients not eligible for heart transplant, showing encouraging survival rates at 2 years and providing clear improvement in quality of life. The future is bright for people suffering from chronic heart failure.

Running mechanical alterations during repeated treadmill sprints in hot versus hypoxic environments : a pilot study.

We determined if performance and mechanical running alterations during repeated treadmill sprinting differ between severely hot and hypoxic environments. Six male recreational sportsmen (team- and racket-sport background) performed five 5-s sprints with 25-s recovery on an instrumented treadmill, allowing the continuous (step-by-step) measurement of running kinetics/kinematics and spring-mass characteristics. These were randomly conducted in control (CON; 25°C/45% RH, inspired fraction of oxygen = 20.9%), hot (HOT; 38°C/21% RH, inspired fraction of oxygen = 20.9%; end-exercise core temperature: ~38.6°C) and normobaric hypoxic (HYP, 25°C/45% RH, inspired fraction of oxygen = 13.3%/simulated altitude of ~3600 m; end-exercise pulse oxygen saturation: ~84%) environments. Running distance was lower (P < 0.05) in HOT compared to CON and HYP for the first sprint but larger (P < 0.05) sprint decrement score occurred in HYP versus HOT and CON. Compared to CON, the cumulated distance covered over the five sprints was lower (P < 0.01) in HYP but not in HOT. Irrespective of the environmental condition, significant changes occurred from the first to the fifth sprint repetitions (all three conditions compounded) in selected running kinetics (mean horizontal forces, P < 0.01) or kinematics (contact and swing times, both P < 0.001; step frequency, P < 0.001) and spring-mass characteristics (vertical stiffness, P < 0.001; leg stiffness, P < 0.01). No significant interaction between sprint number and condition was found for any mechanical data. Preliminary evidence indicates that repeated-sprint ability is more impaired in hypoxia than in a hot environment, when compared to a control condition. However, as sprints are repeated, mechanical alterations appear not to be exacerbated in severe (heat, hypoxia) environmental conditions.

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach