| dc.description.abstract | I begynnelsen av 2019 ble Halsan barneskole i Levanger kommune oppgradert med nye ventilasjons-, varme- og lysanlegg. Som en del av oppgraderingsprosjektet ble det implementert et optimaliseringssystem for regulering av romoppvarming og ventilasjon basert på kunstig intelligens. Forventet energibruk, beregnet på grunnlag av værprognoser, vil bestemme den optimale driften av varme- og ventilasjonssystemer basert på variasjoner i strømprisen og med mål om å redusere maksimalt effektuttak. Optimaliseringssystemets hovedmål er å redusere skolens strøm- og nettleiekostnader. I denne rapporten har delen av systemet som forsøker å redusere strømkostnadene knyttet til romoppvarming blitt undersøkt. Optimaliseringsystemet tilpasser skolens settpunktstemperatur slik at det brukes mer elektrisitet til oppvarming av bygget når strømprisen er lav, og mindre når strømprisen er høy. Her benyttes akkumulering av varmen i den termiske massen i bygget for å oppnå besparelsen. Optimaliseringssystemet benytter kunstig intelligens i sine beregninger. Det er bygningsautomatiseringsselskapet ISI-Tech fra Levanger som har levert systemet som optimaliserer reguleringen.
Effekten av optimaliseringsystemet har imidlertid ikke blitt dokumentert i praksis. Den er egentlig ikke mulig å dokumentere rent fysisk heller, fordi bygget som optimaliseringsystemet anvendes på nå har ikke eksistert i dagens form før oppgraderingen av det opprinnelige bygget ble gjennomført. I denne rapporten presenteres et konsept for verifisering av økonomiske besparelser basert på simulering med simuleringsverktøyet IDA-ICE. Konseptet benytter en simuleringsmodell av skolen, utviklet ved hjelp av tilgjengelige data og målinger, med og uten bruk av optimaliseringssystemet. Modellen er kalibrert ved bruk av avleste data fra skolen etter oppgradering. I denne rapporten vil endringene i strømkostnader undersøkes.
I fordypningsprosjektet ble innledende arbeid gjennomført. En litteraturstudie knyttet til bruk av kunstig intelligens for regulering av inneklima og energibruk i bygninger ble gjennomført. Konseptet for analyse av energiytelse og verifisering av økonomiske besparelser ble utviklet. Videre ble informasjon om skolebygget samlet inn og undersøkt for å danne grunnlaget for simuleringsmodellen av skolen i IDA-ICE. Levanger kommune har bidratt med informasjon om skolebygget fra byggeår. Målinger fra skolens SD-anlegg er levert av ISI-Tech. Simuleringsmodellen ble utviklet med de tilgjengelige dataene. Deretter ble den forsøkt kalibrert, men det ble oppdaget en rekke avvik i målingene fra SD-anlegget som må oppklares før kalibreringen kan fortsette.
I masteroppgaven ble avvikene oppdaget i fordypningsprosjektet oppklart slik at simuleringsmodellen kunne kalibreres. Videre har analysen av energiytelsen, den økonomiske verifiseringen og en økonomisk optimalisering blitt gjennomført. For å analysere ytelsen til optimaliseringssystemet, samt undersøke eventuelle forbedringer og utvidelsesmuligheter, har en rekke faktorer blitt undersøkt; ulike metoder for akkumulering av varme, ulike variasjoner av strømprisen og ulik termisk masse.
Gjennom analyse av skolebyggets energiytelse er viktige observasjoner knyttet til akkumulering av varme i konstruksjonen gjort, herunder påvirkningen til sesongvariasjoner og ulike oppvarmingsenheter. Den økonomiske verifiseringen viste at strømkostnadene er redusert med anslagsvis 5-10 %, samtidig som et akseptabelt termisk inneklima er ivaretatt. I den økonomiske optimaliseringen kom det frem at når døgnvariasjonene i strømprisen er store lønner det seg å akkumulere mye varme i periodene med lav strømpris, i form av en høy akkumuleringstemperatur og lang akkumuleringsperiode. Byggets termiske masse er også vurdert. Det kommer frem at byggets lave termiske masse ikke setter begrensinger for effektiv akkumulering av varme over korte tidsperioder. | |
| dc.description.abstract | At the beginning of 2019, Halsan primary school in Levager municipality in Norway was upgraded with new ventilation, heating and lighting systems. As a part of the upgrade, an optimalization system for ventilation and space heating control based on artificial intelligence was implemented. Expected energy use, calculated based on the weather forecast, will determine the optimal operation of heating and ventilation systems based on the variations in electricity price and with the aim of reducing peak power. The main goal of the optimization system is to reduce the electricity and grid cost. In this report, the part of the optimalization system that aims to reduce the electricity costs of space heating is investigated. The optimization system adapts the school's set point temperature so that more electricity is used to heat the building when the electricity price is low, and less when the electricity price is high. Here, accumulation of the heat in the thermal mass of the building is used to achieve the savings. The optimalization system, based on artificial intelligence, is delivered by ISI-Tech, a building automation company from Levanger.
However, the effect of the upgrade has not been documented. It is not really possible to document it physically either, since the building were the optimalization system is applied did not exist in its current form before the upgrade of the original building was carried out. This report presents a concept for verifying the financial savings. The concept is based on creating a simulation model of the school with and without the optimalization system using the simulation tool IDA-ICE. The model will be created with the available data about the building. Then, the model must be calibrated; this will be done using measured data from the school after the upgrade.
In the project report, preliminary work was carried out. A literature study related to the use of artificial intelligence in control of indoor climate and energy use in buildings was carried out. The concept of energy performance analysis and verification of financial savings was developed. Furthermore, information about the school building was collected and examined to form the basis of the simulation model of Halsan primary school in IDA-ICE. Levanger municipality has contributed with information about the building from the years of construction. Measurements from the building management system has been provided by ISI-Tech. The simulation model was developed with the available data. An attempt was then made to calibrate the model, however several deviations were discovered in the measurements from the building management system. These deviations had to be cleared up before the calibration can continue.
In this master thesis, the deviations discovered in the project work were cleared up so that the model could be calibrated. Furthermore, the analysis of the energy performance and the economic verification have been carried out. In order to analyze the optimalization system as well as investigate possible improvements and expansion possibilities, several factors have been investigated; different methods of accumulation of heat, different variations of the electricity price and different thermal mass.
Through the analysis of the energy performance of Halsan primary school, important observations related to accumulation of heat in the construction have been made, including the influence of seasonal variations and different heating units. The economic verification showed that the electricity costs have been reduced by an estimated 5-10 %, while an acceptable thermal indoor climate has been maintained. In the economic optimalization, it emerged that when the daily variations of the electricity prices are high, a large amount of heat should be accumulated while the prices are low, in the form of a high accumulation temperature and long accumulation period. The thermal mass of the building is also assessed. It appears that the low thermal mass of the building does not limit efficient accumulation of heat over short periods. | |
