Reduksjon av energibruk i bygninger ved aktiv bruk av bygningens termiske masser og av et intelligent IKT-verktøy for tilbakemelding til bruker

Abstract

Denne oppgaven består av to hovedelementer; et litteraturstudium som fokuserer på hvordan fjernvarmesystemer og termisk masse i bygninger kan virke sammen for å redusere energibruken til dette systemet og simulering av en skolebygning på Hamar for å undersøke hvordan et slikt samspill påvirker inneklimaet i bygningene.

Resultatene fra litteraturstudiet viser at det er mulig å benytte bygningsmassen i et fjernvarmesystem som et midlertidig varmelager. Varmelagringskapasiteten og den termiske tregheten til bygningsmaterialer gjør at den såkalte termiske massen kan absorbere varmeenergi i perioder hvor det er et overskudd av varme og lagre den over tid slik at den kan frigis på et tidspunkt hvor det er et underskudd av varme. Ved å benytte varmesystemet i bygninger til å regulere tidspunktet for når varmeoverføringsprosessen mellom romluft og bygningsmasse finner sted, kan varmelageret benyttes til å forskyve effekttopper i systemlasten til et fjernvarmesystem. Denne driftsstrategien kalles lastforskyvning og litteraturen som er studert i denne oppgaven viser at systemvirkningsgraden til et fjernvarmesystem kan forbedres dersom varmeproduksjonen i systemet reguleres i henhold til en slik strategi.

Simuleringene som presenteres i oppgaven er foretatt med den hensikt å utforske hvor stor lastforskyvningseffekt som er mulig å oppnå i nettet uten at det påvirker kvaliteten på inneklimaet i bygningene i systemet. Den simulerte skolebygningen er satt sammen av tre bygningsdeler som har forskjellig konstruksjon og det er derfor simulert én representativ sone fra hver bygningsdel slik at det fremgår hvordan forskjeller i termisk masse påvirker bygningsdelens evne til å fungere som varmelager.

Simuleringsresultatene viser at det fullt mulig å redusere effektuttaket fra fjernvarmenettet med om lag 30 % i tidsrommet mellom kl. 06:00 og kl. 10:00 uten at dette gir noen merkbar endring i komfort. Det er imidlertid også vist at det er mulig å oppnå en reduksjon på hele 75 % dersom det tillates at den ventede andelen misfornøyde (PPD) øker fra 6 % til 8 %. Det ble også avdekket at varmebehovet til den ene bygningsdelen var så lite på dagtid at det ikke hadde noen hensikt å forskyve effektbehovet og i denne simuleringen ble det derfor simulert nattsenking i stedet for effektforskyvning. Resultatene fra denne simuleringen viser at forbruket av energi til oppvarming kan reduseres med nesten 14 % dersom settpunktet for romvarme justeres ned til 16 °C om natten.

De oppnådde simuleringsresultatene er imidlertid kun betraktet som veiledende fordi det er uvisst om bygningskonstruksjonen i simuleringsmodellen har samme mengde termisk masse som i virkeligheten. Til tross for dette har oppgaven vurdert resultattrenden som pålitelig og konklusjonen er derfor at det er mulig å foreta lastforskyvning uten at det går på bekostning av inneklimakvaliteten til bygningene i systemet.