Building performance simulation of the new “ZEB Laboratoriet”

Abstract

Det norske nullutslippsbygget "ZEB Laboratoriet" er forøyeblikket under konstruksjon ved Gløshaugen campus på NTNU i Trondheim. Bygget vil bestå av kontor- og undervisningsområder og er fire etasjer høyt med et areal på rundt 1800 m2. Bygget er designet for å oppnå ambinisjonsnivået "ZEB-COM" over en tidsperiode på 60 år. Denne masteroppgaven fokuserer på å utarbeide en simuleringsmodell av bygget "ZEB aboratoriet".

Det dynamiske simuleringsprogrammet IDA ICE ble brukt til å lage en modell av "ZEB Laboratoriet". Dette ble utført basert på informasjon og parametere hentet fra design dokumentasjon. Den utviklede modellen kan brukes til fremtidige forsknings- og utviklingsarbeid som skal gjennomføres på "ZEB Laboratoriet". Flere endringer av bygningsdesignet ble simulert og anaysert for to rom i bygget, tvillingrommene.

Dette består av åpning av vinduer, installere PCM i himling og endre bruksmønster for personer. Resultatene viser at begge kjøletiltakene, åpning av vinduer med temperaturregulering og PCM i himling, har en positiv effekt på det termiske miljøet. Ved å installere PCM reduseres temperatursvingningene i rommet. I tillegg viser simulering av personer som jobber overtid hvordan inngangsverdier for bruksmønster i et bygningssimuleringsprogram påvirker den resulterende energibruken.

Implementering av PCM med en tykkelse på 0,1 m for hele himlingen resulterte i den laveste maksimale temperaturen av alle kjøletiltakene, med en reduksjon på 0,6°C. Videre ble energiforbruket redusert for de fleste tiltakene, men ingen resultere i en betydelig reduksjon. I tillegg er de negative konsekvensene ved å installere vinduer som aldri kan åpnes i et rom synlig, da den maksimale temperaturen i sonen øker med 0,5°C.

Videre arbeid vedrørende bygningssimulering for "ZEB Laboratoriet" inkluderer innhenting av som bygget-dokumentasjon når det er tilgjengelig. På den måten kan modellen i IDA ICE justeres dersom noe er endret i byggeprosessen. Etter at testoperasjonen av bygningen er fullført, kan den målte energibruken sammenlignes med resultatene fra IDA ICE. På den måten kan modellen evalueres, justeres og valideres.

The Norwegian Zero Emission Building Laboratory (ZEB Laboratoriet) is currently under construction at the NTNU Gløshaugen campus in Trondheim. The building will consist of office and teaching facilities, and is four storeys high with a total area of approximately 1800 m2. The building is designed to achieve the level "ZEB-COM" based on a defined lifetime of 60 years. This master thesis focuses on establishing a simulation model capable of representing the building "ZEB Laboratoriet".

The dynamic simulation software IDA ICE was utilized to create a model of the "ZEB Laboratoriet". This was conducted based on information and parameters obtained from design documentation. The developed model can be used for the future research and development work to be conducted at the "ZEB Laboratoriet".

Several alternations of the building design were simulated and analysed for two rooms in the building, the twin rooms. This consist of altering opening of windows, installing PCM in the ceiling and altered occupancy pattern. The results show that both the cooling measures, opening of windows with temperature control and PCM in the ceiling, have a positive effect on the thermal environment. By installing PCM are the temperature fluctuations in the room reduced. Furthermore, simulation of people working overtime shows how the input values regarding occupancy in a building performance simulation tool affect the resulted energy usage.

The implementation of PCM with a thickness of 0.1 m for the entire ceiling resulted in the lowest maximum temperature of all the cooling measures, with a decrease of 0.6°C. Moreover, the energy usage was reduced for most of the cooling measures, but none resulted in a considerable reduction. Additionally, the negative consequences by installing windows which can never be opened are visible, as the maximum temperature in the zone is increased by 0.5°C.

Further work regarding building performance simulation for the "ZEB Laboratoriet" includes obtaining as built documentation when available. In that way, the model in IDA ICE can be adjusted if something has been altered in the construction process. Furthermore, after the test operation of the building is completed can the measured energy usage be compared with the results from IDA ICE. In that way can the model be evaluated, adjusted and validated.