Klimatisering av større bygningskomplekser med fokus på energibruk og miljøkonsekvenser
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/233943Utgivelsesdato
2009Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Denne rapporten er en besvarelse på en masteroppgave skrevet ved Institutt for energi- og prosessteknikk ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. Rapportens overordnede mål er å øke kunnskap og kompetanse knyttet til valg av tekniske systemløsninger og energikilder for klimatisering av større bygningskonglomerater. Arbeidet kan hjelpe rådgivere og initiativtagere med å komme frem til miljøvennlige, innovative og kostnadseffektive energiløsninger. En av rapportens viktigste problemstillinger omhandler hvilke konsekvenser implementeringen av ulike energiløsninger har på behov for levert energi, primærenergibehov og resulterende klimabelastning. Rapporten søker også å avklare hvordan sammensatte bygningskonglomerater håndteres av Norsk Standard 3031, og hvilke følger denne håndteringen kan få for fremtidig energimerking av komplekse bygningsmasser. Masteroppgaven tar utgangspunkt i et innledende prosjektarbeid, hvor den overordnede målsetningen var å minimere behovet for levert energi i bygningskomplekser med flere funksjoner. Prosjektrapporten munnet ut i forslag til et energisystem for et eksempelbygg på Sørvestlandet, basert på utnyttelsen av overskudds- og omgivelsesvarme. Under navnet alternative løsninger blir dette energisystemet utredet og sammenlignet med andre aktuelle løsninger for det valgte eksempelbygget: Kvadrat Kjøpesenter i Sandnes kommune i Rogaland. To andre konsepter for klimatisering og energiforsyning inngår i sammenligningen. Det ene har fått navnet Historiske løsninger og er i grove trekk basert på enkle tekniske løsninger og direkte bruk av elektrisitet. Det andre har fått navnet Etablerte løsninger og er basert på fjernvarme og fjernkjøling. Det foreligger store utviklingsplaner for Kvadrat, og det er disse utviklingsplanene som gjør bygget så interessant. Senteret vil i fremtiden bestå av langt mer enn bare butikker, og den blandede bygningsmassen gjør bygget til den ideelle kandidat for denne oppgaven og dens problemstillinger. For å kunne sammenligne ulike energiløsninger for eksempelbygget, må senterets fremtidige energibehov først være avklart. Deler av rapporten er således viet en kartlegging av senterets fremtidige innhold og sammensetning. Når et bygningssegment er identifisert, presenteres de viktigste tekniske mulighetene og utfordringene, gjeldende energirammer for bygningsgruppen og energistatistikk fra eksisterende bygninger i samme bygningsgruppe. Hvert bygningssegment oppsummeres med forventninger om formålsinndelte energibehov i det aktuelle segmentet. Senterets forventede fremtidige energibehov danner grunnlaget for utredningen av det foreslåtte energisystemet fra prosjektrapporten i form av en sammenligning med de to andre aktuelle energikonseptene, basert på historiske og etablerte tekniske løsninger. Den ene sammenligningen gjøres på bakgrunn av bygningskonglomeratets behov for levert energi ved valg av de ulike løsningene. Der det er mulig, hentes virningsgrader fra tilgjengelig standardverk. For de alternative løsningene må mange av virkningsgradene imidlertid antas. Dette gjøres på bakgrunn av annen tilgjengelig informasjon. De historiske, etablerte og alternative tekniske løsningene sammenlignes også på bakgrunn av resulterende primærenergibehov og klimabelastning. Primærenergifaktorer og CO2-produksjonsfaktorer hentes fra tilgjengelig standardverk. Faktorer for fjernvarme inngår ikke i det aktuelle standardverket, faktorer for de etablerte løsningene regnes derfor ut på bakgrunn av informasjon om fjernvarmenettet som er utbygget på eksempelbyggets lokasjon. Undersøkelsen av hvordan bygningskonglomerater håndteres av NS 3031 blir gjort ved å se på standardens ulike anvisninger om hvordan energiberegninger skal gjennomføres. Deretter følger en analyse av innvirkningen det aktuelle standardverket vil kunne ha på den kommende energimerkeordningen. Resultatene fra sammenligningen indikerer at en implementering av de alternative løsningene, basert på utnyttelse av overskudds- og omgivelsesvarme, medfører et årlig behov for levert energi som er 36,3 % lavere enn med de historiske løsningene, og 37,5 % lavere enn med de etablerte løsningene. Med rapportens primærenergifaktorer og CO2-produksjonsfaktorer lagt til grunn vil en implementering av de alternative løsningene medføre et årlig primærenergibehov som er 36,8 % lavere enn en implementering av de historiske, og 23,9 % lavere enn en implementering av de etablerte løsningene. De alternative løsningene medfører også en årlig CO2-belastning som er 37 % lavere enn en implementering av de historiske, og 9,5 % lavere enn en implementering av de etablerte løsningene. Resultatene fra analysen av NS 3031 viser at bygningskonglomerater, som eksempelbygget, skal deles opp i beregningssoner, blant annet basert på bygningskategori. For kontrollberegninger mot offentlige krav skal disse sonene beregnes adiabatisk. Det skal med andre ord ikke regnes med varme- eller masseoverføring mellom de ulike beregningssonene. For varmeintegrerte bygningskonglomerater vil den påkrevde soneinndelingen i NS 3031 kunne føre til at hjelpeenergien som er nødvendig for å drive energisystemene, må føres opp på alle bygningssegmentene systemene betjener. Den rigide beregningsmetodikken kan med dette virke i disfavør av energibesparende systemer som er basert på varmeutveksling mellom de ulike bygningssegmentene. Det kommende systemet for energimerking og sertifisering av bygninger vil, etter all sannsynlighet, bli basert på beregnet behov for levert energi. Nasjonale regler for beregning av bygningers behov for levert energi er fastslått i NS 3031. En umodifisert implementering av denne beregningsmetodikken for bestemmelse av energiklassifiseringen til en bygning vil kunne føre til at bygninger med sentraliserte, helhetlige energiløsninger, basert på utnyttelse av overskuddsvarme, blir merket som mindre energieffektive enn de egentlig er. Rapportens funn tyder på at det foreslåtte energisystemet oppfyller intensjonene. En implementering av dette vil medføre lavere behov for levert energi, lavere primærenergibehov og mindre klimabelastning enn andre tekniske løsninger som er aktuelle for eksempelbygget. I utformingen av den rigide beregningsmetodikken i NS 3031 er det imidlertid ikke tatt høyde for alternative energiløsninger basert på varmeutveksling mellom ulike bygningssegmenter. I ytterste konsekvens kan standardens pålagte soneinndeling kombinert med en energimerkeordning som ikke tar hensyn til eksportert energi fra beregningssonene, kunne bidra til at tekniske løsninger for varmeintegrasjon dør på tegnebordet. Det iboende energieffektiviseringspotensialet som finnes i bygningskonglomerater, kan med dette forbli uutnyttet.