Διδακτορικές Διατριβές

Μόνιμο URI για αυτήν τη συλλογήhttps://dspace.library.tuc.gr/handle/123456789/137

Νέα

Περιηγούμαι

Τώρα δείχνει 1 - 6 από 6

Development and application of smart algorithms for control and management in buildings, towards zero energy buildings
(Technical University of Crete, 2015) Sotirios Papantoniou; Παπαντωνιου Σωτηριος; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος; Lazaridis Michalis; Λαζαριδης Μιχαλης
The scope of the present doctoral thesis is to develop and integrate building optimization and control algorithms which: (1) safeguard the comfort of occupants, (2) reduce the energy consumption of the HVAC equipment, (3) embody and manage the energy production from RES, (4) can be integrated in existing and new BEMS and (5) facilitate the transformation of any building towards a zero energy building. The main characteristics of the developed BOC algorithms are to: • Integrate predictive models for outdoor and indoor conditions to facilitate calculation of the performance of the HVAC systems. • Incorporate optimization algorithms which predict the optimum operation of the HVAC systems in the near future. • Apply close loop control which minimizes the difference between the set-points and the actual values. • Combine the calculations from the optimization with human interference, when required, in order to guarantee that potential failure of a subsystem is not affecting the whole BOC structure. The different sub-systems which compose the BOC algorithms are:  A closed loop control algorithm for safeguarding the comfort conditions and reduce the energy consumption from waste energy.  A predictive algorithm for outdoor conditions which affect the buildings’ fabric and the operation of the HVAC systems  A predictive algorithm for indoor conditions which estimate the indoor conditions under the predicted outdoor conditions and the use of the HVAC system  An optimization algorithm which sets the set-point of the AHU for the near future in order to exploit the thermal mass of the buildings’ fabric.  An override sequence which bypasses all the system and allows authorized/trained personnel to send commands directly to the HVAC and artificial lights. Thermal and lighting models of hospital facilities are developed and validated with collected measurements. The thermal models are used to preliminary estimate energy requirements of buildings and the comfort of occupants. Furthermore, the thermal modes are used for the fine-tuning of the control algorithms and the estimation of their energy efficiency potential. The thermal models incorporate the geometry of the buildings, the construction characteristics and the internal gains. The thermal models are connected with the BOC algorithms development software. The thermal models point the direction the developed algorithms should follow to transform the energy consuming buildings to zero energy ones. Advanced control algorithms for AHU and artificial lights are designed and fine-tuned to safeguard the comfort level and reduce the energy losses from wasted energy. The control algorithms use the knowledge from the users in the form of rules and their parameters are easily fine-tuned, if required. The reduction of the energy losses contribute to the target of zero energy buildings. Innovative identification algorithms are developed in order to estimate in advance the conditions of the facilities in order to adjust the usage of the HVAC equipment. The identification algorithms predict indoor and outdoor conditions. The a priori knowledge assists the definition of plans which can reduce the energy consumption of the next hours of operation, reducing the power demand for specific hours of the day. Furthermore, optimization algorithms using genetic techniques are used to select the most “profitable” operation of the HVAC system in the next hours. The solution selected from the optimization algorithm minimizes the operational cost of the HVAC system over the next hours while the comfort level can be maintained. The optimization algorithms can integrate additional energy efficiency technologies such as RES and swift the loads when RES provide power. The BOC algorithms are integrated in specific facilities of the two Hospitals (Hospital of Chania and Hospital of Ancona, Italy) and the energy efficiency are calculated at 57% and 55% for the Air handling Units and the artificial lights respectively for the hospital of Chania and 75 % for the artificial lights in the hospital of Ancona. The present thesis provides a completed innovative optimization and control system which can be applied to existing BEMS or new ones in order to maximize the energy efficiency of the systems. The optimization and control system has achieved significant energy efficiency in both pilot hospitals, without compromising the comfort (visual or thermal) of patients. Another significant advantage the new control algorithms is the ability to be accessed and monitored from distance by means of a Web-EMCS internet platform.
Predicting spatial and temporal changes in groundwater levels using artificial Neural networks and geostatistical methods
(Technical University of Crete, 2015) Tapoglou Evdokia; Ταπογλου Ευδοκια; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος; Nikolos Ioannis; Νικολος Ιωαννης; Chrysikopoulos Constantinos; Χρυσικοπουλος Κωνσταντινος; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Christopoulos Dionysios; Χριστοπουλος Διονυσιος
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η δημιουργία ενός προγράμματος χωρικής και χρονικής προσομοίωσης του υδραυλικού ύψους ενός υδροφορέα, με χρήση μεθόδων υπολογιστικής νοημοσύνης και γεωστατιστικών μεθόδων. Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα είναι η μέθοδος που επιλέχθηκε για τη χρονική προσομοίωση, καθώς έχει αποδειχθεί ήδη στην βιβλιογραφία ότι η χρήση της φέρει καλά αποτελέσματα χωρίς την απαίτηση πολύπλοκων και δυσεύρετων δεδομένων εισόδου. Η μεθοδολογία του Kriging ακολουθήθηκε για τη χωρική προσομοίωση και παρεμβολή των αποτελεσμάτων των τεχνητών νευρωνικών δικτύων στο χώρο. Για το συνδυασμό των δύο αυτών μεθοδολογιών χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα ασαφούς λογικής.Το πρώτο βήμα που ακολουθείται στην προτεινόμενη προσέγγιση είναι η συλλογή όλων των διαθέσιμων δεδομένων. Στην παρούσα διατριβή συλλέχθηκαν δεδομένα και έγινε προσομοίωση του υδραυλικού ύψους για δύο περιοχές μελέτης μια στην Βαυαρία της Γερμανίας και μια στο Μαϊάμι της πολιτείας Φλόριντα των ΗΠΑ. Οι δύο αυτές περιοχές έχουν πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ τους και για αυτό το λόγο η επιτυχής προσομοίωση του υδραυλικού ύψους σε αυτές μπορεί να επιβεβαιώσει την αξιοπιστία του μοντέλου. Ακολουθεί η προσομοίωση με χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων και ταυτόχρονα δοκιμάστηκε και η χρήση συστήματος ασαφούς λογικής για την επιλογή των κατάλληλων γειτόνων που στην συνέχεια χρησιμοποιούνται από τον αλγόριθμο του kriging. Τέλος, εφαρμόζεται η μεθοδολογία της παρεμβολής με kriging, με χρήση τριών διαφορετικών βαριογραμμάτων σε κάθε περίπτωση. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται μέσω μιας σειράς δεικτών σφάλματος σε δεδομένα διασταυρωμένης επικύρωσης και προσδιορίζεται το πιο κατάλληλο θεωρητικό μοντέλο βαριογράμματος για κάθε περιοχή μελέτης ξεχωριστά. Για την πρώτη περιοχή μελέτης στη Βαυαρία, καταλληλότερο βαριόγραμμα ήταν το δυναμονομικό με τιμή για τη ρίζα του μέσου τετραγωνικού σφάλματος (RMSE) ίση με 7.6·10-3 m,ενώ για την δεύτερη περιοχή μελέτης καταλληλότερο βαριόγραμμα ήταν το εκθετικό με τιμή για το δείκτη σφάλματος RMSE ίση με 0.962 m. Βασική διαφορά που οδηγεί σε αυτή την απόκλιση στις τιμές του σφάλματος ήταν ότι στην πρώτη περίπτωση προσομοιώνεται η διαφορά του υδραυλικού ύψους, ενώ στη δεύτερη περιοχή μελέτης προσομοιώνεται το υδραυλικό ύψος αυτό καθ’ αυτό, διαφορά που οφείλεται στα στατιστικά χαρακτηριστικά των χρονοσειρών. Για την επιβεβαίωση του μοντέλου και την πιστοποίηση της ακρίβειας του, πραγματοποιήθηκε ανάλυση αβεβαιότητας στα επιμέρους κομμάτια της μεθοδολογίας.Η καινοτομία της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου με βάση τα δεδομένα το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη χωρική και χρονική προσομοίωση του υδραυλικού ύψους, χωρίς την απαίτηση γεωλογικών δεδομένων. Η χρήση της ασαφούς λογικής για τον προσδιορισμό των γειτόνων του kriging αποτελεί καινοτομία της παρούσας εργασίας και μπορεί να βελτιώσει τα αποτελέσματα της μεθόδου. Η εφαρμογή του μοντέλου σε δύο διαφορετικού γεωλογικού υπόβαθρου περιοχές μελέτης, μια προσχωματική και μια καρστική, αποδεικνύει την αποτελεσματικότητα του κάτω από διάφορες συνθήκες.
Risk analysis of ground water contamination detection networks, using stochastic modeling and decision theory
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2013) Papapetridis Konstantinos; Παπαπετριδης Κωνσταντινος; Palaiologos Evaggelos; Παλαιολογος Ευαγγελος; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος; Chrysikopoulos Constantinos; Χρυσικοπουλος Κωνσταντινος; Kalogerakis Nikos; Καλογερακης Νικος; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος
Ένα ολοκληρωμένο σύστημα εκτίμησης της επικινδυνότητας και των επιπτώσεων πλημμυρικών φαινομένων
(Technical University of Crete, 2014) Vozinaki Anthi-Eirini; Βοζινακη Ανθη-Ειρηνη; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Paranychianakis Nikolaos; Παρανυχιανακης Νικολαος; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Tsouchlaraki Androniki; Τσουχλαρακη Ανδρονικη; Nikolaidis Nikolaos; Νικολαιδης Νικολαος
Εξυγίανση ρυπασμένου υπόγειου υδροφορέα από οργανικούς και ανόργανους ρύπους με εφαρμογή της τεχνολογίας των διαπερατών αντιδρώντων φραγμάτων
(Technical University of Crete, 2015) Simantiraki Foteini; Σημαντηρακη Φωτεινη; Gidarakos Evaggelos; Γιδαρακος Ευαγγελος; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Venieri Danai; Βενιερη Δαναη; Diamantopoulos Evaggelos; Διαμαντοπουλος Ευαγγελος; Komnitsas Konstantinos; Κομνιτσας Κωνσταντινος; Xekoukoulotakis Nikos; Ξεκουκουλωτακης Νικος
Η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στο ζήτημα της απομάκρυνσης επίμονων, τοξικών και συχνά εμφανιζόμενων ρύπων από υπόγειους υδροφορείς με την χρήση κατάλληλων πληρωτικών οργανικών και ανόργανων υλικών. Οι ρύποι που μελετήθηκαν, επιλέχθηκαν με κριτήριο την συχνότητα εμφάνισής τους στο υπέδαφος και τα υπόγεια ύδατα αλλά και την τοξικότητα και επικινδυνότητά τους για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Στην παρούσα διατριβή, επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν ως πληρωτικά υλικά δυο είδη ιλύος (αναερόβια χωνευμένη και μη χωνευμένη ιλύς), δύο είδη κόμποστ (μη ώριμο και ώριμο) και ένα ανόργανο υλικό, ο ελληνικός φυσικός ζεόλιθος. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε πλήρης χαρακτηρισμός των συγκεκριμένων υλικών με στόχο τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων που έχουν άμεση επίδραση στον βαθμό ρόφησης οργανικών και ανόργανων ρύπων. Ακολούθησαν, πειράματα διαλείποντος έργου υπό κατάλληλες σταθερές συνθήκες και για τα πέντε υλικά. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση καθοριστικών παραμέτρων (ποσότητα υλικού και χρόνος επαφής) στον βαθμό απομάκρυνσης των μετάλλων (καδμίου και ψευδαργύρου) και των πτητικών υδρογονανθράκων (βενζόλιο, τολουόλιο, αιθυλοβενζόλιο, m, p, o ξυλόλια-BTEX) από τα υδατικά διαλύματα. Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων έγινε επιλογή του καλύτερου οργανικού υλικού τόσο από άποψη ποιότητας και καταλληλότητας διάθεσης στο έδαφος όσο και από άποψη απόδοσης στην δέσμευση των ρύπων. Το ώριμο κόμποστ και ο ζεόλιθος διερευνήθηκαν περεταίρω. Συγκεριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης των ρύπων και του pH αλλά και η πιθανή ύπαρξη ανταγωνιστικών φαινομένων παρουσία μετάλλων και BTEX. Τα πειραματικά αποτελέσματα των κινητικών και ισόθερμων πειραμάτων εφαρμόστηκαν σε ευρέως χρησιμοποιούμενα μαθηματικά μοντέλα με σκοπό να διερευνηθεί η δυνατότητα αξιόπιστης χρήσης τους. Στην συνέχεια, η έρευνα επεκτάθηκε, για τον ζεόλιθο και το ώριμο κόμποστ, σε πειράματα συνεχούς ροής. Τα εν λόγω πειράματα έλαβαν χώρα σε κυλινδρικές στήλες κατακόρυφης ροής. Αυτή η σειρά πειραμάτων, προσεγγίζει περισσότερο τις πραγματικά επικρατούσες συνθήκες στο υπέδαφος και ολοκληρώθηκε με την διερεύνηση της χρήσης μαθηματικών μοντέλων συνεχούς ροής για την προσομοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων και την εξεύρεση του πιο αξιόπιστου μοντέλου.Τέλος, η διατριβή περιλαμβάνει πειράματα συνεχούς ροής σε επίπεδο μεγαλύτερης κλίμακας με αξιοποίηση της φυσικής ροής. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη με διαδοχή στρωμάτων που αντιστοιχεί σε εκείνη που συναντάται στο υπέδαφος και στην τεχνολογία των αντιδρώντων φραγμάτων. Η διατριβή ολοκληρώθηκε με τον προσδιορισμό της απόδοσης της πιλοτικής δεξαμενής στην εξυγίανση υπογείων υδάτων υπό διαφορετικές συνθήκες και με την προσομοίωση της ροής στην δεξαμενή μέσω της χρήσης λογισμικού (Princenton Transport Code-PTC).
Μελέτη επιπτώσεων κλιματικής μεταβολής σε βασικές υδρολογικές παραμέτρους και ο ρόλος του μεροληπτικού σφάλματος
(Technical University of Crete, 2014) Gryllakis Emmanouil; Γρυλλακης Εμμανουηλ; Tsanis Giannis; Τσανης Γιαννης; Christopoulos Dionysios; Χριστοπουλος Διονυσιος; Tsoutsos Theocharis; Τσουτσος Θεοχαρης; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια; Karatzas Giorgos; Καρατζας Γιωργος; Lazaridis Michalis; Λαζαριδης Μιχαλης
Η μελέτη των πιθανών επιπτώσεων της κλιματικής μεταβολής στους υδατικούς πόρους στοχεύει στην ανάπτυξη της απαραίτητης πληροφορίας για την προσαρμογή στις αλλαγές αυτές. Στόχος της προσαρμογής είναι η μείωση της ευπάθειας των φυσικών και ανθρωπίνων συστημάτων στις επιπτώσεις της αλλαγής του κλίματος. Το βασικό εργαλείο στην κλιματική έρευνα είναι τα κλιματικά μοντέλα, τα οποία μπορούν να προσμοιάσουν το παρελθών κλίμα, ενώ όταν τροφοδοτηθούν με τα κατάλληλα μελλοντικά σενάρια εκπομπών μπορούν να προβλέψουν το μελλοντικό κλίμα. Ωστόσο οι κλιματικές προσομοιώσεις δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έχουν λόγω των συστηματικών σφαλμάτων που εμπεριέχουν. Έτσι, είναι αναγκαία η διαδικασία της διόρθωσης αυτών των σφαλμάτων μεροληψίας ώστε τα κλιματικά δεδομένα να γίνονται κατάλληλα σε μοντέλα επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής που είναι βαθμονομημένα με παρατηρημένα δεδομένα. Στην διατριβή που εκπονήθηκε, ιεραρχήθηκαν τα μεγαλύτερα και πιο σύγχρονα κλιματικά πειράματα που έχουν συσταθεί και διεξαχθεί στην περιοχή της Ευρώπης και της Βορείου Αμερικής, CMIP3 και CMIP5, NARCCAP, EURO CORDEX 44, EURO CORDEX 11 και North America CORDEX, με βάσει την ικανότητά τους να αναπαριστούν το παρελθόν καθεστώς κατακρήμνισης και θερμοκρασίας. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στην υδρολογία τεσσάρων λεκανών απορροής στις περιοχές αυτές. Αναπτύχθηκε μια νέα μέθοδος διόρθωσης των μεροληπτικών σφάλματων στα δεδομένα κατακρήμνισης, ώστε αυτά να καθίστανται χρήσιμα στη προβολή των επιπτώσεων της κλιματικής μεταβολής στην υδρολογία των περιοχών μελέτης. Η μεθοδολογία αξιολογήθηκε για την απόδοση της στα αποτελέσματα ενός GCM. Επίσης τα αποτελέσματα στης διόρθωσης σε τρία GCMs συγκρίθηκαν με αυτά μίας άλλης ευρέως χρησιμοποιούμενης μεθοδολογίας. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε δίνει βελτιωμένα αποτελέσματα διόρθωσης σε σχέση με άλλες μεθόδους. Επίσης, η διόρθωση στα σφάλματα μεροληψίας στα δεδομένα κατακρήμνισης και θερμοκρασίας αύξησε στην ικανότητα της υδρολογικής προσομοίωσης, και μείωσε την αβεβαιότητα μεταξύ των αποτελεσμάτων που προέρχονται από διαφορετικές κλιματικές προσομοιώσεις. Η κλιματική πληροφορία χρησιμοποιήθηκε έπειτα για την εκτίμηση της επίδρασης της προβλεπόμενης κλιματικής αλλαγής σε τέσσερις λεκάνες απορροής, με και χωρίς διόρθωση του σφάλματος μεροληψίας στα δεδομένα της βροχόπτωσης και θερμοκρασίας. Η σύγκριση κατέδειξε ότι η διόρθωση του σφάλματος βελτίωσε την απόδοση των υδρολογικών προσομοιώσεων, κατά τα παρατηρούμενα δεδομένα παροχής, ενώ επίσης μείωσε και την διακύμανση μεταξύ των αποτελεσμάτων όπως αυτά προήλθαν από διαφορετικές κλιματικές προσομοιώσεις. Στην συνέχεια έγινε ανάλυση των τάσεων, με σκοπό να εξεταστεί ο βαθμός όπου κάθε διαδικασία διόρθωσης του σφάλματος μεροληψίας, θα μπορούσε να επηρεάσει την μακροχρόνια τάση της κατακρήμνισης και της θερμοκρασίας. Παρατηρήθηκε ότι η μέθοδος που αναπτύχθηκε για την διόρθωση του σφάλματος μεροληψίας στην κατακρήμνιση μπορεί να επηρεάσει σε περιορισμένο βαθμό την τάση της μακροπρόθεσμης αλλαγής. Παρόμοια ήταν και τα αποτελέσματα για την μακροπρόθεσμη τάση στην θερμοκρασία. Παρόλα αυτά, η συνδυασμένη αλλαγή στις τάσεις των προαναφερθέντων μεταβλητών δύναται να προκαλέσει μεγαλύτερη αλλαγή στην τάση της παροχής. Επιπλέον, εξετάστηκε η αλλαγή στην εποχικότητα, για την καλύτερη απόδοση του κλίματος σε κάθε περιοχή μελέτης. Τέλος μελετήθηκε η αλλαγή των ακραίων φαινομένων βροχόπτωσης για την επιρροή τους σε ακραία φαινόμενα απορροής υπό το πρίσμα της κλιματικής αλλαγής.

Περιηγούμαι

Πλοήγηση Διδακτορικές Διατριβές ανά Συγγραφέα "Karatzas Giorgos"