| dc.description.abstract | CO2-utslipp og klimaendringer har vært et stadig viktigere tema ettersom global oppvarming allerede har vist observerbare effekter på miljøet. Mer ekstremvær, stigende havnivåer og hyppigere tørker og flom er noen av de mange konsekvensene. I denne forbindelse må også byggesektoren prioritere utvikling av smarte løsninger som krever mindre energi til bygg-drift som også sikrer et sunt innemiljø for beboerne. Nullutslippsbygg (ZEB) er utviklet for å bistå denne forskningsprosessen ved å være en arena hvor nye og innovative komponenter og løsninger utvikles og testes. I det nordiske klimaet har utviklingen av energireduserende løsninger tidligere vært basert på å øke isolasjonen i bygningskroppen for å redusere varmetapet. Fokus de siste årene har imidlertid blitt flyttet, ettersom bygninger bruker mindre energi til oppvarming og nå ser et høyere potensial i energisparing ved å forbedre kjøleytelsen – på grunn av de godt isolerte bygningskroppene. Det nylig ferdigstilte ZEB-lab bygget, lokalisert i Trondheim ved NTNU Gløshaugen, planlegger å bruke automatisert vinduskontroll som en energieffektiv kjøleløsning, og trenger utvikling før implementering. Denne masteroppgaven tar sikte på å undersøke vinduskontrollalgoritme for denne spesifikke bygningen ved å utvikle en bygningsenergimodell (BEM) av ZEB-laboratoriet, utføre målinger på stedet for vindtrykkskoeffisienter og analysere fire foreslåtte vinduskontrollmetoder i BEM.
Det ble utført differensialtrykkmålinger på stedet ved ZEB-laboratoriet, som ble brukt til å beregne vindtrykkskoeffisienter (Cp). Totalt ble det plassert 15 differansetrykksensorer rundt fasadene til ZEB-laben, som målte trykkforskjellen mellom inn- og utside av fasadene i ti dager. Det ble oppdaget noen unøyaktigheter og problemer med de innsamlede dataene. Etter noen forenklinger ble det imidlertid etablert et nytt sett med CP basert på målingene på stedet. Videre ble dette settet med CP-er evaluert mot BEM-programvaren (IDA ICE) levert Cp-sett, og det ble konkludert med at Cp-settet basert på målingene på stedet ga en bedre beskrivelse av hvordan vinden interagerer med ZEB-laboratoriets bygningskropp.
Med det nye settet med CP-er basert på målingene på stedet, ble BEM simulert med fire forskjellige heuristisk-baserte vindusåpningsstrategier for å evaluere den respektive kjøleytelsen. Det ble funnet at alle fire foreslåtte strategier ga tilfredsstillende termisk komfort for beboerne, som var basert på en vurdering av den adaptive termiske komfortmodellen og anbefalingene fra TEK17 §13-4. Videre ble det funnet at strategiene som utnytter en strategi for fullt åpent/lukket vindu ga høyere risiko for trekk, og det ble funnet en uønsket svingning mellom åpen/lukking for noen spesifikke klimatiske forhold. Det ble også funnet at nattkjøling ikke ga nok forbedring i termisk komfort (på grunn av den lille termiske massen til ZEB-laboratoriet) og er derfor ikke verdt investeringen i tid som kreves for å utvikle og drifte et slikt system. Derfor konkluderes det med at av de fire heuristiske vindusalgoritmemodellene som ble evaluert, anses den som benyttet variabelt vindusåpningsområde uten nattkjøling som det beste alternativet. | |
| dc.description.abstract | CO2 emissions and climate change have been an ever-increasingly important topic as global warming has already shown observable effects on the environment. More extreme weather, rising sea levels, and more frequent droughts and floods are some of the many implications. In this regard, the building sector also needs to prioritize the development of smart solutions that require less energy for building operation that also ensures a healthy indoor environment for its occupants. Zero-emission buildings (ZEB) are developed to assist this research process by being an arena where new and innovative components and solutions are developed and tested. In the Nordic climate, the development of energy reduction solutions has previously been based on increasing the insulation in the building body to reduce heat loss. However, the focus in recent years has been shifted, as buildings use less energy for heating and now see higher potential in energy savings by improving cooling performance – due to the well-insulated building bodies. The recently completed ZEB lab building, located at Trondheim at NTNU Gløshaugen, plans to utilize automated windows control as an energy-efficient cooling solution, and needs development before its implementation. This master thesis aims to find the ideal window control algorithms for this specific building by developing a Building Energy Model (BEM) of the ZEB lab, performing on-site measurements for wind pressure coefficients, and analyzing four proposed window control methods in the BEM.
On-site differential pressure measurements at the ZEB lab were conducted, which were utilized to calculate wind pressure coefficients (CP). A total of 15 differential pressure sensors were placed around the facades of the ZEB lab, which measured the pressure difference between the inside and outside of the facades for ten days. There were discovered some inaccuracies and issues with the collected data. However, after some simplifications, a new set of CPs based on the on-site measurements was established. Furthermore, this set of CPs was evaluated against the BEM software (IDA ICE) provided CP set, and it was concluded that the CP set based on the on-site measurements provided a better description of how the wind interacts with ZEB labs building body.
With the new set of CPs based on the on-site measurements, the BEM were simulated with four different heuristic-based window opening strategies to evaluate the respective cooling performance. It was found that all four proposed strategies gave satisfactory thermal comfort for the occupants, which were based on an assessment of the adaptive thermal comfort model and the recommendations from TEK17 §13-4. Furthermore, it was found that the strategies that utilize a fully open/closed window strategy gave a higher risk of draught, and an undesired oscillation between open/closing were found for some specific climatic circumstances. It was also found that night cooling did not provide enough improvement in thermal comfort (due to the small thermal mass of the ZEB lab) and is therefore not worth the investment in time required to develop and operate such a system. Therefore, it is concluded that out of the four heuristic window algorithm models that were evaluated, the one that utilized variable window opening area without night cooling is deemed the best option. | |
