| dc.description.abstract | For å nå norske og internasjonale klimamål, vil det de neste årene være svært viktig å satse på energiproduksjon fra fornybare kilder og energieffektivisering. Oppvarming av husholdninger står for en stor andel av strømforbruket i Norge og vi ligger på verdenstoppen i bruk av elektrisitet. Med økende strømpriser og nye modeller for nettleiekostnader har det de siste årene blitt enda mer aktuelt å implementere energieffektiviserende tiltak i boligsektoren. Vannbårne varmesystemer som kan utnytte lokale og fornybare energikilder er en viktig del av løsningen for bærekraftig energibruk i bygg.
I denne masteroppgaven er det gjort en energianalyse av Billingstad energisentral i Asker kommune. Målet med oppgaven er å finne tiltak som kan optimalisere drift av anlegget, samt design av nye lignende anlegg og videre utbygging. Det er benyttet måledata fra anlegget fra de siste årene til å analysere energisentralens energibruk- og produksjon, effektivitet, styring og funksjonalitet.
Energisentralen som analyseres er sentralt plassert i et boligområde som er under utbygging. Anlegget sto klart til å forsyne de første leilighetene med varme sommeren 2020, og i løpet av de neste 15 årene skal området på 194 mål romme 1600 boliger og en barnehage. Energisentralen forsyner boligene og barnehagen med varme til romoppvarming og tappevann. Varmedistribusjonen er delt i to kretser - en høytemperaturkrets og en lavtemperaturkrets, som leverer varme til henholdsvis tappevann og oppvarming. Primær varmekilde er en CO2-varmepumpe med kapasitet på 800 kW, og som spisslast er det installert to elkjeler på 750 kW i serie med varmepumpen.
Analyse av måledata er hovedsakelig delt inn i tre hovedområder: 1) Energibruk og samtidighet i effektbehov, 2) Akkumulering i varmtvannstanker for tappevann og 3) Varmepumpens ytelse. For å analysere data er timesbaserte effektmålinger plottet i ulike diagrammer for å illustrere både energibruk over lengre perioder og timesprofiler over enkeltdager.
Resultater viser at total varmeleveranse for 2022 var 4 253 560 kWh, hvor 23 % av dette gikk til tappevann. Samtidighetsfaktorer for effektbehov ble videre analysert. For romoppvarming ble det funnet høy grad av samtidighet, med samtidighetsfaktor på 94,4% for desember 2022, som var måneden i den analyserte perioden med høyest effektbehov. For tappevann ble både samtidighet i forvarming til akkumulering i tanker og levert effekt til kundene analysert, og det ble funnet lavere samtidighet ved forvarming. I desember 2022 og februar 2023 ble samtidighetsfaktor for forvarming beregnet til å være henholdsvis 62,9 % og 62,7 %. Samtidighetsfaktor for februar 2023 for levert tappevann ble beregnet til 86,7 %. Dette tyder på at ved å akkumulere varmeenergi i buffertankene, senkes samtidigheten i effektbehov for tappevann. Den samme trenden ble funnet ved å analysere samtidighet over 24 timer.
Akkumulering i varmtvannstankene i kundesentralene ble videre analysert med hensyn på tidspunkt for lading og utlading, effektbehov, kostnadsbesparelser og påvirkning fra varmtvannssirkulasjon. Det ble observert høye effektbehov til forvarming av tappevann i flere av kundesentralene. Ladingen foregår over korte perioder med høy effekt, og tidspunktene for dette er for flere av kundesentralene typisk på morgenen og ettermiddagen. Dette er lite gunstig både med tanke på strømpris, effektledd på nettleie og varierende drift på varmepumpa. Det er derfor anbefalt at stopp- og startsignal for lading av akkumulatortanker endres fra å være settpunkttemperaturer i tankene, til å også ta hensyn til andre faktorer som strømpris eller forskjellige tidsinnstillinger for de forskjellige kundesentralene slik at samtidighet blir enda lavere.
Det ble produsert 3 542 023 kWh varmeenergi av varmepumpa i 2022, og energidekningsgraden var da på 85 %. Varmepumpa dekker hele energibehovet til forvarming av tappevann, og elkjelene fungerer dermed som spisslast kun til romoppvarming. COP (Coefficient of Performance) ble analysert over flere årstider, og det ble funnet tydelig nedgang i COP når varmebehovet til romoppvarming er høyt. Dette er grunnet lav andel energi produsert til tappevann, som er distribusjonskretsen som har høyest temperaturløft. Når andelen av effekten som produseres av varmepumpa til tappevann er mindre enn 60 %, synker COP betydelig. Siden kun 23 % av det totale varmebehovet går til tappevann, tyder det på at CO2-varmepumpe med kombinert drift for oppvarming og tappevann ikke er en optimal løsning. | |
| dc.description.abstract | To reach Norwegian and international climate goals, it will be crucial in the coming years to focus on renewable energy production and energy efficiency. Heating of households accounts for a significant portion of electricity consumption in Norway, where we are among the highest electricity users globally. With increasing electricity prices and new models for grid tariff costs, implementing energy-efficient measures in the residential sector have become even more relevant. Hydronic heating systems that can utilize local and renewable energy sources are a key part of the solution for sustainable energy use in buildings.
This master’s thesis presents an energy analysis of Billingstad Energy Plant in Asker. The objective of the study is to identify measures that can optimize the operation of the facility, as well as the design of similar systems and future expansions. Measurement data from the facility over the past years have been used to analyze the energy consumption, production, efficiency, control and functionality of the energy plant.
The analyzed energy plant is centrally located in a residential area in development. The facility was ready to supply heat to the first apartments in the summer of 2020, and over the next 15 years the 76-acre area will accommodate 1,600 housing units and a kindergarten. The energy plant provides heating for space heating and domestic hot water to the kindergarten and residential buildings. The heat distribution is divided into two circuits: a high-temperature circuit for domestic hot water and a low-temperature circuit for space heating. The primary heat source is an 800 kW CO2 heat pump, supplemented by two 750 kW electric boilers in series with the heat pump.
The analysis of measurement data was primarily focused on three main areas: 1) Energy consumption and simultaneity in power demand, 2) Accumulation in domestic hot water tanks, and 3) Performance of the heat pump. Data was analyzed by plotting hourly power measurements in various diagrams to illustrate energy consumption over longer periods and hourly profiles on specific days.
The results indicate that the total heat delivered in 2022 was 4,253,560 kWh, with 23% of the heat delivered to domestic hot water. Coincidence factors for power demand were further analyzed. For space heating, a high degree of simultaneity was observed, with a coincidence factor of 94.4% in December 2022, which was the month with the highest power demand in the analyzed period. For domestic hot water, coincidence factors in both preheating and delivered power to customers were analyzed, and lower simultaneity was found in preheating. In December 2022 and February 2023, the coincidence factors for preheating were calculated to be 62.9% and 62.7%, respectively. The coincidence factor for delivered domestic hot water in February 2023 was calculated as 86.7%. This indicates that by accumulating heat energy in buffer tanks, the simultaneity in power demand for domestic hot water can be reduced. The same trend was observed when analyzing simultaneity over a 24-hour period.
The accumulation in domestic hot water tanks at the substations was further analyzed in terms of time of charging and discharging, power demand, cost savings, and the influence of hot water circulation. High power demands for preheating domestic hot water were observed in several customer substations. Charging occurs over short periods with high power, typically in the morning and afternoon for several substations. This is unfavorable in terms of electricity prices, demand charges, and variable operation of the heat pump. It is therefore recommended to modify the start and stop signals for charging the accumulation tanks to consider factors such as electricity prices or different time settings for the various substations.
The heat pump produced 3,542,023 kWh of heat energy in 2022, with an energy coverage rate of 85%. The heat pump covers the entire energy demand for preheating of domestic hot water, with the electric boilers serving as backup only for space heating. COP was analyzed across different seasons, and a clear decrease in COP was found when the space heating demand was high. This is primarily due to the low proportion of energy produced for domestic hot water, which has the highest temperature difference in the distribution circuit. When the proportion of heat produced by the heat pump for domestic hot water is less than 60%, COP decreases significantly. Since only 23% of the total heat demand is allocated to domestic hot water, this indicates that a CO2 heat v pump with combined operation for space heating and domestic hot water may not be an optimal solution. | |
