Validation of dynamic models of the thermal systems of swimming pools

Abstract

Svømmehaller er komplekse bygg som stiller høye krav til både bygningskropp og tekniske systemer. Et velfungerende ventilasjonsaggregat med optimal styring av temperatur- og fuktkontroll er svært viktig for å skape et godt inneklima og for å unngå fuktskader i bygningskonstruksjonen. Energibruken er svært høy sammenlignet med andre bygningskategorier, da store luftvolumer og vannmengder skal varmes opp til komfortable temperaturer. I tillegg er prosessen med avfukting av inneluften en svært energikrevende prosess som krever store luftmengder. Dette krever gode løsninger for å gjøre et svømmehallanlegg så energieffektivt som mulig. I denne masteroppgaven er det utviklet en modell av svømmehallen ved Dalgård skole og ressurssenter, hvor målet har vært å validere modellen med tanke på fordampning og det termiske energibehovet ved ulike poster i anlegget. Modellen er videre brukt til å se på hvilke løsninger som kan forbedres, for å redusere energibruken til svømmehallen. Dalgård svømmehall er et gammelt anlegg fra 1978, som gikk gjennom en delvis rehabilitering i 2014. Svømmehallen blir stort sett brukt av skolens elever, samt noen foreninger på kveldstid. Målinger ble gjennomført i perioden 25. februar til 11. mars, hvor det fortsatt var aktivitet i bassenget før anlegget ble stengt. Målinger av temperatur og relativ luftighet er gjennomført på flere steder i anlegget, og effektforbruk er målt i varmebatteriet til ventilasjonsaggregatet og i primærvarmeveksleren til bassengvannet. Disse målingene er videre brukt i beregninger av fordampningsrate og energibruk. Modellen av svømmehallen er utviklet i simuleringsverktøyet IDA ICE, basert på den tekniske dokumentasjonen til ventilasjonsaggregatet og observasjoner i anlegget. Resultatene viser et godt samsvar mellom simuleringer i modellen og beregninger gjort ut ifra målinger på flere punkter. Simulert fordampningsrate viste seg å være 8.5% høyere enn den som ble beregnet, og energibruken til oppvarming av bassengvann var 10% høyere enn det som ble målt. Når det gjelder varmeoverføringen i varmebatteriet i ventilasjonsaggregatet, ga simuleringene en 4.7% lavere gjennomsnittlig effekt enn det målingene viste. Den integrerte varmepumpen i ventilasjonsaggregatet var dessverre ute av drift i perioden målingene ble gjennomført. Det ble derfor gjennomført simuleringer både med og uten varmepumpe, for å se på hvilken effekt dette hadde på energiytelsen til anlegget. For den analyserte måleperioden ble energibruken til oppvarming av luft og vann redusert med henholdsvis 50.6 og 30.4%. En årssimulering viste at varmepumpen kunne redusere det totale energiforbruket til svømmehallen med 26%.

Swimming pools are complex buildings that place high demands on both building bodies and technical systems. A well-functioning air handling unit with optimum control of temperature and humidity control is very important to create a good indoor climate and to avoid moisture damage in the building structure. Energy consumption is very high compared to other building categories, as large volumes of air and water are to be heated to comfortable temperatures. In addition, the process of dehumidifying the indoor air is a very energy-intensive process that requires large volumes of air. This requires good solutions to make a swimming pool system as energy efficient as possible. In this master thesis, a model has been developed of the swimming pool at Dalgård School and Resource Center, where the aim has been to validate the model with regard to evaporation rates and the thermal energy needs for various posts in the facility. The model is further used to investigate possible measures of improvement, which may reduce the energy consumption of the swimming pool. Dalgård swimming pool is an old facility from 1978, which went through a partial rehabilitation in 2014. The swimming pool is mostly used by the school's students, as well as some associations in the evening. Measurements were carried out between February 25 and March 11, where there was still activity in the pool before the facility was closed. Measurements of temperature and relative humidity have been carried out at several locations in the plant, and energy consumption is measured in the heating coil of the air handling unit and in the primary heat exchanger for the pool water. These measurements are further used in calculations of evaporation rates and energy consumption. The model of the swimming pool is developed in the simulation tool IDA ICE, based on the technical documentation of the ventilation unit and observations within the facility. Compliant results were found between simulations in the model and calculations based on measurements for several posts. Simulated evaporation rate was found to be 8.5% higher than the calculated and the energy consumption for heating of pool water was 10% higher than that measured. Regarding the heat transfer in the heating coil within the air handling unit, the simulations gave a 4.7% lower average power than the measurements showed. Unfortunately, the integrated heat pump in the air handling unit was out of order during the measurement period. Therefore, simulations were conducted both with and without heat pump, to see what effect this had on the energy performance of the facility. For the analyzed measurement period, the energy consumption for heating of air and water was reduced by 50.6 and 30.4% respectively. A one-year simulation showed that the heat pump could reduce the total energy consumption of the swimming pool facility by 26%.