Optimalisering av tekniske løsninger for varmeanlegg i lavutslipps boligbygninger

Abstract

I denne masteroppgaven undersøkes ulike systemkombinasjoner for varmeanlegget i en lavutslipps boligbygning. Oppgaven er bygget opp rundt eneboligen Living Lab som er under oppføring på Gløshaugen ved NTNU. Boligen skal være en nullutslippsbygning, og vil være bebodd samtidig som det gjøres forskning på den. Denne testboligen oppføres i regi av Forskningssenteret for miljøvennlig energi for Zero Emission Buildings, og prosjektet finansieres av Norges forskningsråd, SINTEF Byggforsk og NTNU.

For at Living Lab skal betraktes som en nullutslippsbygning, er det avgjørende at boligen gjennom sin levetid vil produsere mer energi enn den forbruker. I Living Lab er varmeanlegget prosjektert med solfanger, jordvarmepumpe og elektrisitet, mens solceller vil står for boligens on site energiproduksjon. Masteroppgaven omfatter undersøkelser både på denne systemkombinasjonen, samt fem andre mulige systemkombinasjoner som kunne vært aktuelle for denne typen bolig. Det er foretatt simuleringer i simuleringsprogrammet IDA Indoor Climate and Energy 4.6, for blant annet å analysere de enkelte systemkombinasjonenes påvirkning på boligens ytelse og energibalanse. Systemkombinasjonene er simulert og analysert for å finne ut hvilken systemkombinasjon som gir det laveste årlige behovet for levert energi. Videre ble også systemkombinasjonenes vektede import og eksport av energi og CO2 utslipp analysert, samt solcellenes og solfangerens optimale areal og helningsvinkel. De simuleringer som er foretatt av boligens netto energibehov til oppvarming viste at behovet på 39,9 kWh/m2 overstiger kravet på 24,8 kWh/m2 som stilles til passivhus i henhold til NS 3700. Resultatene av simuleringene viste videre at en systemkombinasjon som består av en grunnvarmepumpe med energibrønn, solceller, solfanger og elektrisitet, gir et lavere behov for levert energi enn den systemkombinasjonen som er prosjektert for Living Lab. Samtlige systemkombinasjoner har positiv netto balanse hva gjelder både CO2 - utslipp og netto primærenergi.Videre viste simuleringene at elektrisitetsproduksjonen fra 70,4 m2 solceller, produserer nok elektrisitet til å tilføre Living Lab den energien boligen trenger for å være selvforsynt med energi. Simuleringene av solcellenes optimale helningsvinkel og areal, viste at helningsvinkel på 90° bør unngås for solceller, da dette gir lavest årlig produksjon av elektrisitet. Solceller bør ha helningsvinkel på ca. 40° for å fungere optimalt. Når det gjelder solcellenes areal, vil det være boligens utforming og tilgjengelige areal som setter begrensninger. Jo større areal solceller som benyttes, desto mer fornybar energi vil det være mulig å produsere. Dette i motsetning til økning av solfangerareal. Simuleringene viste at økning i solfangerareal ikke nødvendigvis gir tilsvarende økning i utnyttelse av solenergi. Simuleringene viste at når optimalt solfangerareal oppnås, så vil ikke effekten av å øke arealet videre bli særlig stor. Dette innebærer videre at solfangerarealet må balanseres mot arealet for solceller, da begge energikildene har behov for sørvendt flate med mest mulig solinnstråling. Simuleringene viste at et solfangerareal på 6-12 m2 er optimalt solfangerareal for Living Lab.