Effektreduksjon med vannbåren gulvvarme ved aktiv bruk av bygningens termiske masse

Abstract

Det norske strømnettet blir presset av et økende effektuttak. Hvis den maksimale samtidige effektbruken i ikke reduseres, må strømnettet utbygges. Dette er et prosjekt som vil koste opp mot 140 milliarder kroner og det er derfor viktig å finne løsninger for å redusere det maksimale effektuttaket. Denne oppgaven inneholder tre deler. Den første delen handler om et litteraturstudie som fokuserer på hvordan gulvvarmesystem fungerer generelt og hvordan den termiske massen i bygninger kan utnyttes for å redusere effekttopper. Den andre delen går på metoden som er brukt til å gjennomføre simuleringene i IDA ICE og MATLAB før resultat, diskusjon og konklusjon blir presentert i den tredje og siste delen.

Litteraturstudiet viser at det er mulig å benytte den termiske massen i bygninger som et midlertidig varmelager. Den termiske tregheten og varmelagringskapasiteten gjør at bygninger kan absorbere varmeenergien i de periodene hvor det er varmeoverskudd, og akkumulere den slik at varmeenergien kan frigis på tidspunkter når det er underskudd av varme. Ved å endre tidspunktet for når varmeenergien som er lagret benyttes, er det mulig å forskyve effekttoppene i systemet slik at varmeoverføringen kan reguleres mellom temperaturen i rommet og byggets termiske masse. Dette er en driftsstrategi som kalles lastforskyvning og forskning finner at et system som reguleres med en slik strategi kan forbedre og utnytte systemvirkningsgraden til varmeproduksjonen.

Simuleringen som blir presentert i oppgaven viser at det er mulig å redusere det maksimale effektuttaket med 24 % og med minimale endringen i termisk komfort. Det viser at det er mulig å fjerne effekttoppene som oppstår om morgenen og ettermiddagen ved bruk av forskjellige metoder slik som lastforskyvning. Videre i oppgaven brukes programmet MATLAB for å støtte opp og sjekke påliteligheten til resultatene fra IDA ICE.

Simuleringsresultatene kan betraktes som en veiledning fordi simuleringsmodellen ikke baserer seg på et realistisk bygg, men er gjort som en forenkling for å vise at det er mulig å redusere effekttoppene og underbygge teorien. Resultatene vurderes likevel som pålitelig fordi lastforskyvningstrategien fungerer. Det konkluderes derfor med at det er mulig å innføre en strategi for lastforskyvning på varmesystemet uten at det går på bekostning av den termiske komforten i bygningen.

The Norwegian electricity grid is being pushed to the limit by an increasing power output. If the maximum simultaneous power is not reduced, the electricity grid must be expanded. This is a project that will cost up to NOK 140 billion and it is therefore important to find solutions to reduce the maximum power output. This thesis contains three parts. The first part is about a literature study that focuses on how the floor heating system works and how the thermal mass in buildings can be utilized to reduce power peaks. The second part is based on the method used to implement simulations in IDA ICE and MATLAB before the result, discussion and conclusion are presented in the third and last part.

The results of the literature study show that it is possible to utilize the thermal mass in buildings as a thermal storage. The thermal inertia and heat storage capacity allow buildings to absorb the thermal energy during periods of excess heat and accumulate it so that the thermal energy can be released at times when there is heat loss. By changing the time when the thermal energy stored is used, it is possible to displace the power peaks in the system so as to control the heat transfer between the temperature of the room and the thermal mass of the building. This is an operating strategy called load displacement and the studied literature shows that a system that is regulated with strategies like this can be improved and utilize the system efficiency of the heat production.

The simulation presented in the thesis shows that it is possible to reduce the maximum power output by 24 % without compromising any drastic change in thermal comfort. It shows that it is possible to remove the power peaks that occur in the morning and in the afternoon using different methods such as load displacement. The program MATLAB is used to support and to check if the results for IDA ICE are relieble.

The results for the simulation can be considered a guide because the simulation model is not based on a realistic building. It is made as a simplification to show that it is possible to reduce power peaks and support the theory. The results are still considered reliable and concludes that it is possible to introduce a strategy for load displacement on the heating system without compromising the thermal comfort of the building.