Muligheter for energieffektivisering og reduksjon av effekttopper i eksisterende bygninger
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2781483Utgivelsesdato
2021Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Energibruk i bygninger står for 40 % av Norges totale energiforbruk og behovet er økende. Med økt energiforbruk øker belastningen på dagens strømnett som skal levere nok strøm til kundene, og en planlagt utbygging av strømnettet vil finansieres ved å øke strømkundenes nettleie. Å redusere energi- og effektbehovet i bygningsmassen ved energiøkonomiserende (ENØK) tiltak er viktig for å minske belastningen på nettet, sikre god forsyningssikkerhet og utsette utbyggingen av strømnettene og naturinngrepene dette medfører. For å møte de økonomiske barrierene ved energieffektivisering som samfunnet står ovenfor i dag, må gode analyser av energisparende tiltak og deres lønnsomhet gjennomføres, ved eksempelvis bygningssimuleringsverktøy.
Norges tekniske- og naturvitenskapelige universitet (NTNU) har i sin miljøutviklingsplan mot 2030 en målsetning om å redusere eget forbruk med minimum 50 % per årsverk i forhold til 2019. To delmål går ut på å forbedre bygningsmassens energikarakter og identifisere og implementere ENØK-tiltak med lavere tilbakebetalingstid enn 5 år. Målet med denne rapporten var å identifisere lønnsomme ENØK-tiltak som vil være aktuelle for implementering på Gløshaugens bygningsmasse, ved bruk av simuleringsverktøyet IDA ICE.
En modell av en typisk bygning på Gløshaugen fra en tidligere masteroppgave lagd i 2018 var utgangspunktet for simuleringene. Denne modellen skulle bli kalibrert og brukt som en «basemodell» for videre simuleringer. ENØK-tiltakene skulle føre til lavere elektrisitets- og fjernvarmeforbruk og forbedret inneklima, samtidig som at de skulle gi positiv nåverdi og lav tilbakebetalingstid. Det var også interessant å undersøke hvordan kombinasjoner av tiltak påvirket lønnsomheten. Til slutt skulle de mest aktuelle tiltakene for Gløshaugens bygningsmassen simuleres i en «endelig modell» (EM).
Ti ulike tiltak ble simulert alene eller i kombinasjoner i ti IDA ICE-modeller. Resultatet av den endelige modellen var et spesifikt energiforbruk på 169,2 kWh/m2 som var en reduksjon på 31,6 % sammenlignet med basemodellens 247,3 kWh/m2. Dette endret energikarakteren fra F i basemodellen til D i den endelige modellen. Det spesifikke fjernvarmeforbruket i EM ble 49,2 kWh/m2 og spesifikt elektrisitetsforbruk ble 120,0 kWh/m2 som tilsvarende en reduksjon på hhv. 56,6 % og 11,4 %. Den termiske komforten ble også forbedret. Lønnsomhetsanalysen viste at kombinasjonen av tiltakene var ga positiv nåverdi og en tilbakebetalingstid på 0,2 år.
Fra den endelige modellen ble det klart at følgende tiltak bør vurderes for implementering i Gløshaugens bygningsmasse: 1) implementere eller erstatte varmevekslere i ventilasjonsanleggene for å øke virkningsgraden i systemet, 2) erstatte viftene i ventilasjonsanleggene for å øke virkningsgraden i systemet, 3) tilpasse temperaturene i vannanleggene og radiatorene mot lavtemperatur fjernvarme og la tappevann varmes opp av elektriske kjeler. Simuleringene viste også at forbedrede eller kalibrerte kontrollsystemer kan gi god energisparing, men dette er tiltak hvis resultat vanskelig kan sammenlignes direkte mot de eksisterende systemene på Gløshaugen slik simuleringsgrunnlaget foreligger i dag. Renovering av bygningskroppens tak og vinduer kan gi bygningsmassen energikarakter C, men tilbakebetalingstid nærmere 5 år og mulig forstyrrelser i driften av universitetsbyggene gjør tiltakene mindre attraktive enn de foreslåtte tiltakene. Energy consumption in buildings accounts for 40 % of Norway's total energy consumption and the demand is increasing. Redution of energy demand in buildings is an important measure to reduce the load on the electricity grid. Energy consuption is increasing, leading to a need for an upgrade of the electricity grid, which will be financed through increased network tariff. In order to meet the economic barriers for energy efficiency that society faces today, good analyzes of energy-saving measures and profitability must be carried out, for example through building simulations.
In 2020, the Norwegian University of Science and Technology (NTNU) published an environmental development plan for the university towards 2030. NTNU has a goal of reducing its energy consumption by a minimum of 50 % each year compared to 2019. Two sub-goals are to improve the energy character of the building stock and identify and implement energy saving measures with payback period lower than 5 years. The aim of this report was to identify profitable energy measures that will be relevant for implementation on Gløshaugen's building stock, using the simulation tool IDA ICE.
A model of a typical building on Gløshaugen from a previous master's thesis made in 2018, was the starting point for the simulations. This model was to be calibrated and used as a “base model” for further simulations. The energy efficiency measures would lower electricity and district heating consumption and an improved indoor climate, at the same time as they were to provide a positive present value and a low payback period. It was also interesting to investigate how combinations of measures affected profitability. Finally, the most relevant measures for the building stock at Gløshaugen's were to be simulated in a “final model” (FM).
Ten different energy saving measures were simulated alone or in combinations in ten IDA ICE models. The result of the final model was a specific energy consumption of 169.2 kWh/m2 which was a reduction of 31.6 % compared to the base model's 247.3 kWh/m2 This changed the energy rating from F in the base model to D in the final model. The specific district heating consumption in FM was 49.2 kWh/m2 and specific electricity consumption was 120.0 kWh/m2. The thermal comfort was also improved. The profitability analysis showed that the combination of the measures gave a positive present value and a payback period of 0.2 years.
From the final model it became clear that the following measures should be considered for implementation in Gløshaugen's building stock: 1) implement or replace heat exchangers in the ventilation systems to increase the efficiency of the system, 2) replace the fans in the ventilation systems to increase the efficiency of the system, 3) adjust the temperatures in the water plant and radiators towards low temperature district heating, and allow tap water to be heated by electric boilers. The simulations also showed that improved or calibrated control systems can provide good energy savings, but these are measures whose results hardly be compared directly with the existing systems at Gløshaugen as the simulation basis is today. Renovation of the building's roofs and windows can give the building mass an energy rating of C, but the payback period is closer to 5 years and possible disruptions in the operation of the university buildings make the measures less attractive than the proposed measures.