| dc.description.abstract | Per 2018-01-01 er det 4,2 millioner bygninger i Norge, som til sammen står for cirka 36 % av
Norges totale energiforbruk. Samtidig står bærekraftsspørsmål høyt på dagsordenen. Politiske og
sosioøkonomiske drivere sørger for stadige innstramminger i krav til energieffektivitet. Nye smartmålere
og et underdimensjonert strømnett gjør at også effektforbruk er viktig. Dessverre er det et kjent problem
i byggebransjen at VVS-tekniske anlegg overdimensjoneres som et resultat av avvik mellom prosjektert
og målt energibruk og topplast. Dette kan føre til lavere systemvirkningsgrader, økt ressursbruk, dårlig
regulering og at miljøvennlige løsninger velges bort fordi man undervurderer besparelsene de kan
medføre.
Det overordnede målet med denne masteroppgaven er å forbedre dagens metode for beregning av
effektbehov til oppvarming. Dette gjøres ved å gjennomgå relevant litteratur om emnet og utprøve nye
metoder for beregning på fire eksempel-bygninger. Målt effekt til oppvarming er hentet fra bygningenes
SD-anlegg og er sammenlignet med installert varmekapasitet. Dette er vurdert opp mot simuleringer i
IDA ICE, hvor forskjellige metoder er testet ut.
De fire eksempel-bygningene som er med i oppgaven er Baard Iversens veg 7 (GKBT), Otto Nielsens veg
12E (ONV12E), Sluppenvegen 17B (STG) og Vestre Rosten 69 (HENT). Alle disse er nyere høyisolerte
kontorbygg i Trondheim. Varmepumpe og fjernvarme er brukt som grunnlast og topplast i samtlige bygg.
For GKBT blir tilstedeværelse i cellekontor, møterom og total tilstedeværelse undersøkt. For HENT
blir kun total tilstedeværelse undersøkt. Total tilstedeværelse i GKBT blir sammenlignet med flere
relevante standarder, samt en relevant studie. Resultatene viste at tilstedeværelse fra NS 3031 og TS
3031 er innenfor det målte standardavviket for tilstedeværelse. Elektrisitet til belysning blir målt i GKBT
og ONV12E, og deretter sammenlignet med relevante standarder. Sammenligning mellom GKBT og
ONV12E viste at GKBT har litt høyere intensitet og tidligere oppstart enn ONV12E. Sammenligningen
mellom GKBT og standarder viste at samtlige standarder overdriver intensiteten. Intensiteten fra NS
3701 passer best, mens varigheten ligger en plass mellom TS 3031 og NS 3701. Strøm til teknisk utstyr
blir også målt på GKBT og ONV12E. Som for belysning er oppstarten for GKBT litt tidligere enn for
ONV12E. Begge bygningene måler forbruk utenfor driftstiden. Sammenligningen mellom GKBT og
standarder viste at alle standarder overdriver intensiteten, samt at alle antar at det ikke er noe forbruk
utenfor driftstiden. Resultatene viste også at intensiteten til NS 3701 treffer best, mens TS 3031 treffer
best på driftsperiode.
Det konkluderes med at målt tilstedeværelse ikke gir ny innsikt, men støtter opp om funnene i
litteraturstudiet. For lys kan det tyde på at intensiteten er overdrevet i standardene. Det samme gjelder
for teknisk utstyr, men målingene tyder på at det er forbruk utenfor driftstiden. Internlaster anbefales å
brukes i beregninger for dimensjonering av varmepumper, men det trengs mer forskning på internlaster
da dette kan variere kraftig avhengig av type bygg og brukermønster.
Sammenligning mellom målt og installert effekt til oppvarming antyder at tre av fire bygg har
overdimensjonert topplast-system, mens to av fire bygg har overdimensjonert varmepumpe. Dette kan
føre til dårligere regulering, høyere investeringskostnad, høyere driftskostnader og kortere levetid.
Det blir i denne oppgaven foreslått å bruke bygningers tidskonstant for å ta hensyn til termisk masse
når dimensjonerende utetemperatur bestemmes. Dette testes ved å simulere en sprangrespons for å
finne tidskonstanten for hvert bygg. Varmesystemet blir deretter dimensjonert etter den resulterende
dimensjonerende utetemperaturen basert på tidskonstanten ved en statisk simulering. Til slutt utføres det
dynamiske simuleringer med faktiske værdata fra 2005-2018 for å se hvordan varmesystemene fungerer
ved denne metoden. Antall timer hvor systemene ikke klarer å opprettholde settpunkt-temperatur blir
logget. Resultatene viser at det vil oppstå noen timer med for lav innetemperatur i 2010. Dette er ikke
uventet, da 2010 var det kaldeste året i Trondheim på 50 år. Med denne metoden ble beregnet topplast
redusert med 11,9 % i forhold til statisk dimensjonering med dimensjonerende utetemperatur på -19 °C.
Det konkluderes med at overdimensjonering av oppvarmingssystemer kan reduseres ved bruk av denne
metoden.
Dynamisk simulering er utført med målte værdata fra 2010 for å studere det resulterende
romoppvarmingsbehovet. Internlaster er også inkludert for å se hvordan romoppvarmingsbehovet
påvirkes. Det er simulert med og uten solstråling. For tilstedeværelse er verdier fra TS 3031 brukt, mens
lys og teknisk utstyr er hentet fra NS 3701. Ved å inkludere 100 % internlaster ble beregnet topplast
til romoppvarming redusert med 23,5 % uten solstråling og 24,1 % med solstråling, sammenliknet med
beregninger uten internlaster.
Det er også gjennomført en validering av modellen for GKBT, der målt effekt til oppvarming er
sammenlignet med simulert effekt. Målte internlaster og værdata fra 2018 er brukt i simuleringen for å
få så likt sammenligningsgrunnlag som mulig. Resultatene viste at simulert romoppvarmingsbehov var
10,9 % større enn det som ble målt, noe som tyder på at man kan oppnå relativt representative resultater
med en enkel modell dersom innverdiene er korrekte. | |
| dc.description.abstract | As of 2018-01-01 there are 4.2 million buildings in Norway, which together account for approximately
36 % of Norway’s total energy consumption. At the same time, sustainability issues are high on the
agenda. Political and socioeconomic drivers are causing energy efficiency requirements to continuously
get stricter. New, smart electricity meters and an undersized power grid make it relevant to study power
consumption. Unfortunately, it is a known problem in the industry that HVAC systems are oversized
as a result of discrepancies between calculated and measured energy consumption and peak loads. This
can lead to poor system efficiency, increased resource usage, poor regulation, and that environmentally
friendly solutions are eliminated because the potential savings are underestimated.
The overall goal of this Master’s thesis is to improve today’s method for calculating space heating loads.
This is done by reviewing relevant literature regarding the subject, and testing out different methods
on four case buildings. Measured heating loads are extracted from the buildings’ building management
systems and are compared to the installed heating capacities. The buildings are also simulated in IDA
ICE, where different methods are tested.
The four case buildings used in this thesis are Baard Iversens veg 7 (GKBT), Otto Nielsens veg 12E
(ONV12E), Sluppenvegen 17B (STG), and Vestre Rosten 69 (HENT). All of the case buildings are
modern highly-insulated office buildings located in Trondheim. Heat pump and district heating is used
as base load and peak load respectively in all the buildings.
In GKBT, occupancy in single offices, meeting rooms, and total occupancy are studied. For HENT, only
the total occupancy is studied. Total occupancy from GKBT is compared to several relevant standards,
and one relevant study. The results showed that NS 3031 and TS 3031 are within the range of the
standard deviation of the measured occupancy. Electricity to lighting in GKBT and ONV12E is measured
and compared; the results showing that the intensity at GKBT is somewhat higher, and starts earlier
in the day. Lighting from GKBT is also compared to relevant standards; the results showing that the
standards exaggerate the intensity compared to the measurements from GKBT. The intensity from NS
3701 fits best, while the duration is somewhere between TS 3031 and NS 3701. Electrical consumption
to technical equipment is also measured at GKBT and ONV12E. As for lighting, the technical equipment
in GKBT starts earlier in the day compared to ONV12E. Also, both of the buildings consume electricity
outside operating hours. Comparing the measurements from GKBT to standards showed that all the
standards exaggerate the intensity, and assumes zero intensity outside of the operating hours. NS 3701
matches the intensity from GKBT the best, while TS 3031 matches the duration the best.
The measured occupancy do not give any new insights in occupancy patterns, but supports the findings
in the literature review. For both lighting and technical equipment, it can be suggested that the intensity
in the standards are exaggerated. Additionally, the measurements present consumption outside operating
hours. Internal gains are recommended to be include in sizing of heat pumps, but further studies are
needed before it is included in design of the peak load system, as internal gains can vary significantly
from building to building and tenant to tenant.
Comparison between measured heating load and installed heating capacities suggest that three of the
four case buildings have oversized peak load systems, while two out of four have oversized heat pumps.
This can lead to poor regulation, higher investment costs, higher operating costs, and shorter lifetime.
This thesis suggests using the building time constant when choosing the design outdoor temperature, to
account for thermal mass. This method is tested by simulating a step response to find the time constant
for each building. The heating system is then sized by a steady state heat load simulation, using the
design outdoor temperature based on the time constant. Then, several dynamic simulations are run with
measured weather data from 2005-2018 to investigate how the heating system perform by using this
method. Unmet hours are logged when the heating system is not able to ensure set-point temperature.
The results showed that there are only a few unmet hours during the year of 2010. This is to be expected
as 2010 was the coldest year in Trondheim the last 50 years. With this method, the calculated peak heat
load was reduced by 11.9 % on average, compared to sizing with -19 °C. It is concluded that this method
can reduce oversizing of peak load systems.
Dynamic simulations with weather data from 2010, and internal loads, are run to investigate the resulting
heat load. Two sets of simulations are conducted; with and without solar radiation. Occupancy from TS
3031 is used, while lighting and technical equipment are gotten from NS 3701. By including 100 %
internal gains, the results showed an average reduction in the calculated space heating load by 24.1 %
and 23.5 % with and without solar radiation respectively, compared to excluding internal gains entirely.
A simple validation of the GKBT model is also conducted. Measured and simulated space heating load
are compared. Measured internal gains and weather data from 2018 is used in the simulation to give the
best basis for comparison possible. The results showed that the simulated space heating load was 10.9 %
higher than measured. This suggest that it is possible to achieve relatively accurate results from simple
building energy models when correct input values are used. | |
