Summary: Due to the amount of time modern humans spend indoors, indoor air quality is an important topic as TVOC concentration indoors can be as high as ten times higher than outdoors. Sources of TVOC must therefore be identified and measures must be taken to ensure good indoor air quality for the occupants. This study consisted of two main goals where the first goal is to perform research for use of BIM for performing TVOC concentration calculation, and the second being to develop an add-in for assessing compliance with environmental standards. To meet the first goal, a literature review was performed that revealed that little research was done on the use of BIM to perform this type of calculations despite all the analytical models developed for both static and dynamic conditions. There are however some programs available that can perform TVOC concentration calculation, but they are not all BIM-oriented and do not comply with the definition of BIM later defined in this study. Research conducted in this study about environmental building and certification standards, revealed thresholds for both material TVOC emissions and airborne TVOC concentration. Multiple ecolabelling schemes were evaluated and summarized. These schemes give manufacturers an incentive to perform emission tests and contribute to increased documentation on material emission which will give entrepreneurs, architects, and engineers the necessary data to make decisions on what materials to choose, and data to perform TVOC concentration calculations. The testing method required for measuring material emissions is a chamber test performed according to ISO 16000-9 or EN 16516, where the latter is based on the former. To meet the second goal, calculation methods for both TVOC emissions and TVOC air concentration were evaluated. Dynamic and static equations were developed and simplified for use in an add-in for Autodesk Revit developed with the use of Revit API. This add-in has provided a simple way of adding information to the model and using this information to perform calculation on the TVOC concentrations. Further development of the add-in is required to make the add-in easy to use for architects and engineers.
Norsk sammendrag: Moderne mennesker tilbringer mye av tiden innendørs, og dette har ført til at innendørs luftkvalitet har blitt et viktig tema ettersom TVOC konsentrasjonene innendørs kan være opp til ti ganger høyere enn de er utendørs. Kilder til TVOC må derfor bli identifisert og målt slik at tiltak kan gjøres for å sikre god innendørs luftkvalitet for brukerne. Dette studiet besto av to hovedmål hvor det først målet var å utføre et litteratursøk for bruk av BIM for å utføre beregning på TVOC konsentrasjon, og det andre målet var å utvikle en add-in for å kontrollere samsvar med miljøstandarder. For å nå det første målet, har et litteratursøk blitt gjennomført og vist at det er lite forskning som er gjort på bruken av BIM for å utføre denne type beregning på tross av antallet analytiske modeller som er utviklet for beregning av både statiske og dynamiske forhold. Det er derimot noen programmer tilgjengelig som kan utføre beregning av TVOC konsentrasjon, men de er ikke alle BIM-orientert og samsvarer ikke med definisjonen av BIM senere definert i dette studiet. Det er i forbindelse med dette studiet gjennomført undersøkelser på miljøstandarder for bygninger og sertifisering, som har vist terskelverdier for både TVOC emisjoner fra material, samt. TVOC konsentrasjon i luften. Flere merkeordninger for miljøvennlige produkter har blitt evaluert og oppsummert. Disse ordningene gir produsenter et insentiv til å utføre emisjonstester og bidrar til økt dokumentasjon på materialemisjoner som igjen vil gi entreprenører, arkitekter og ingeniører nødvendige data for å foreta materialvalg og gjøre beregninger på TVOC konsentrasjon. Den nødvendige testmetoden for å måle emisjoner er en kammertest som er gjennomført i henhold til ISO 16000-9 eller EN 16516 , hvor sistnevnte er basert på førstnevnte. For å nå det andre målet, så er beregningsmetodene evaluert for både TVOC emisjoner og TVOC konsentrasjoner i luften. Dynamiske og statiske formler ble utviklet og forenklet for bruk i en add-in for Autodesk Revit utviklet i Revit API-miljøet. Denne add-in har gitt en enkel metode for å legge inn informasjonen i modellen, samt. bruke denne informasjonen til å gjennomføre beregninger på TVOC konsentrasjonene. Videre utvikling av add-in er nødvendig for å gjøre den enklere å bruke for arkitekter og ingeniører.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD at OsloMet.
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101435

Summary: Swimming pools are a type of buildings with a high energy consumption, many technical installations, and demanding indoor climate. Many swimmingpools in Norway have different designs. Some swimmingpools have older technical installations and lack the possibility of energy recovery. Other newer swimmingpools may have had stricter requirements for the design of their technical systems and building structures, or have had higher ambitions for energy efficiency. Manglerud Bad was completed in the autumn of 2022, with high ambitions for energy consumption. The facility has a total area of approximately 3000 m2, including an activity center for youth and cultural spaces. The swimming pool area comprises approximately 1500 m2 of the total area. A selection of the technical systems has been analyzed to assess the building’s total energy consumption and compare it against a set of parameters from a reference swimmingpools constructed from data from a sample of 22 different swimmingpools in Norway. Three research questions have been formulated to examine which systems contribute to optimizing the energy system and to what extent these systems have had a positive impact on the pool’s energy consumption. The analysis also identifies which of these selected systems do not contribute as much to the overall energy consumption as initially thought, and discusses potential factors that may have an impact on whether these systems can contribute to a greater extent in order to reduce the pool’s total energy consumption. The actual energy savings of the pool are compared to the reference pool, showing relatively good results based on the available measurement data. However, there is some uncertainty associated with the measurement data used in this study, due to the short measurement period and the fact that the technical installations are in a trial operation phase and not yet fully optimized.
Norsk sammendrag: Svømmehaller er en bygningskategori med høyt energiforbruk, mange tekniske installasjoner og et krevende inneklima. Mange bad i Norge er av ulik utforming. Noen bad har eldre tekniske installasjoner og manglende mulighet for energigjenvinning. Andre nyere bad har hatt strengere krav til utforming av sine tekniske anlegg og bygningskonstruksjoner, eller hatt høyere ambisjoner til energieffektivitet. Manglerud Bad stod ferdig høsten 2022, med høye ambisjoner til energiforbruk. Badet har et totalt areal på ca. 3000 m2 med tilligende aktivitetssenter for ungdom og kulturlokaler. Svømmeanlegget utgjør ca. 1500 m2 av total arealet. Det er analysert et utvalg av de tekniske systemene for å kartlegge byggets totale energiforbruk og sammenligne dette mot et utvalg parametere mot et referansebad bygd opp av data fra et utvalg på 22 ulike bad i Norge. Det er lagt til grunn tre forskningsspørsmål med hensikt om å se på hvilke systemer som bidrar til å energioptimalisere energianlegget og i hvilken grad disse systemene har hatt en positiv innvirkning på badeanleggets energiforbruk. Det er og analysert hvilke av disse utvalgte systemene som ikke bidrar like mye til totalen som først tenkt og diskutert årsaker som kan ha innvirkning på om disse systemene kan bidra i større grad, for å redusere badeanleggets totale energiforbruk. Den faktiske energigevinsten til Manglerud bad er sammenlignet med referansebadet og viser relativt gode resultater basert på de måledataene som foreligger. Det er allikevel knyttet en del usikkerhet rundt måledatane som er benyttet i denne oppgaven, med bakgrunn i den korte måleperioden og at de tekniske installasjonene er i en prøvedriftsfase og ikke ferdig optimalisert.
Supervisor(s): Wolfang KAMPEL at OsloMet, Bjørn Aas at SIAT (Trondheim).
Acknowledgements: SIAT – Senter for Idrettsanlegg og teknologi (Bjørn Aas), Oslo Kommune v/ Manglerud Bad (Per Morten Kals).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101398

Summary: 189 countries, including Norway, have committed through the Paris Agreement to drastic reductions in greenhouse gas emissions caused by building materials. The construction industry bears significant responsibility for reducing both direct and indirect greenhouse gas emissions. To achieve the goal of limiting global warming to below 2 or 1.5 degrees Celsius according to the Paris Agreement, it is necessary to reduce current greenhouse gas emissions. Ventilation ducts are a source of greenhouse gas emissions that are currently underreported due to a lack of knowledge and data. In the ongoing research project “Green HVAC,” which started in the last quarter of 2021, the main objective is to reduce greenhouse gas emissions associated with HVAC installations by 50% compared to industry standards. This master’s thesis is part of this research project and aims to investigate the impact of ventilation ducts on the greenhouse gas footprint. This is done through a comprehensive life cycle analysis of various existing duct materials, including assessing the materials’ life cycle from production and transportation to installation and disposal. Additionally, interviews have been conducted with various stakeholders in the supplier, contractor, professional, installer, and design segments to gather their perspectives. The report has also evaluated the environmental impact and cost-effectiveness of alternative materials compared to existing materials. To achieve the goals of the report, 18 interviews have been conducted, along with a thorough literature review and a life cycle assessment of duct qualities. Previous studies indicate that HVAC installations account for a significant share of building greenhouse gas emissions, with 22-38% for new buildings and 51-82% for retrofit buildings. Several studies point to steel ducts comprising a significant portion of these emissions. Air handling, including units and ducts, is the largest emission source. Steel ducts have a greater share of emissions compared to plastic ducts due to their longer lifespan and lower weight. In this research project, data from current EPDs were implemented in an Excel document. The life cycle assessment for various duct qualities was conducted in accordance with standards and frameworks. Environmental data was sourced from European program operators and databases, with the goal of using as specific product declarations as possible. The calculations show that plastic ducts and ducts made of insulation have lower greenhouse gas emissions than standard steel ducts. However, there is significant uncertainty associated with the use of alternative materials to steel ducts. Building regulations TEK 17 § 11-10 require the use of non-combustible materials in ventilation ducts. Exceptions can be made for small components that do not contribute to fire spread, but what is defined as small components and whether ventilation ducts made of combustible materials fall under this is not specified. There may be a need to conduct a broader analysis and potentially amend technical regulations in this area. It is also important to consider the suspension and support structures for rectangular ducts, as the use of alternative materials may be influenced by the need for such structures. Although flexible duct materials may have a lower carbon footprint in production and transportation, increased use of suspensions and support structures during installation can increase the carbon footprint and other environmental impacts. Therefore, the entire product life cycle should be considered when evaluating the environmental impact of material choices for ventilation ducts, including production, transportation, installation, use, and disposal. Steel continues to be an important building material, and there is currently no direct substitute for steel, although continuously improved steel products are being developed. Some major steel producers, such as SSAB and XCarb® RRP, are exploring the possibilities of producing fossil-free steel. The consequences of producing fossil-free steel are still uncertain, and it is not clear whether it will be an alternative or a replacement for production with fossil materials, but as a well-known scholar in the steel industry said: “The only alternative to steel is better steel.”.
Norsk sammendrag: 189 land, inkludert Norge, har forpliktet seg gjennom Parisavtalen til drastiske reduksjoner av klimagassutslippene forårsaket av byggematerialer. Byggenæringen har et betydelig ansvar for å redusere både direkte og indirekte klimagassutslipp. For å oppnå målet om å begrense global oppvarming til under 2 eller 1,5 grader i henhold til Parisavtalen, er det nødvendig å redusere dagens klimagassutslipp. Ventilasjonskanaler er en kilde til klimagassutslipp som i dag er underrapportert på grunn av manglende kunnskap og data. I det pågående forskningsprosjektet Grønn VVS, som startet i siste kvartal av 2021, er hovedmålet å redusere klimagassutslippene knyttet til VVS-installasjoner med 50% sammenlignet med bransjestandarden. Denne masteroppgaven er en del av dette forskningsprosjektet og har som formål å undersøke ventilasjonskanalenes påvirkning på klimagassregnskapet. Dette er gjort gjennom en omfattende livsløpsanalyse av ulike eksisterende kanalmaterialer, inkludert vurdering av materialenes livssyklus fra produksjon og transport til installasjon og avhending. I tillegg har intervjuer blitt gjennomført med ulike aktører innenfor leverandør-, entreprenør-, fagperson-, montør- og prosjekterende-segmentene for å få deres perspektiver. Rapporten har også vurdert miljøpåvirkningen og kostnadseffektiviteten til alternative materialer sammenlignet med eksisterende materialer. For å oppnå målene i rapporten har det blitt gjennomført 18 intervjuer, en grundig litteraturstudie og en livsløpsvurdering av kanalkvaliteter. Tidligere studier indikerer at VVS-installasjoner står for en betydelig andel av klimagassutslippene i bygg, med 22-38% for nybygg og 51-82% for rehabiliteringsbygg. Flere studier peker på at stålkanaler utgjør en betydelig del av disse utslippene. Luftbehandling, inkludert aggregater og kanaler, er den største kilden til utslipp. Stålkanaler har en større andel av utslippet sammenlignet med plastrør på grunn av lengre levetid og lavere vekt. I dette forskningsprosjektet ble tall fra gjeldende EPDer blitt implementert i et Excel-dokument. Livsløpsregnskapet for ulike kanalkvaliteter ble utført i samsvar med standarder og rammeverk. Miljødata ble hentet fra europeiske programoperatører og databaser, med målet om å bruke så spesifikke produktdeklarasjoner som mulig. Beregningene viser at plastkanaler og kanaler laget av isolasjon har lavere klimagassutslipp enn vanlige stålkanaler. Imidlertid er det betydelig usikkerhet knyttet til bruken av alternative materialer til stålkanaler. Byggeforskrift TEK 17 § 11-10 stiller krav om bruk av ubrennbare materialer i ventilasjonskanaler. Unntak kan gjøres for små komponenter som ikke bidrar til spredning av brann, men hva som defineres som små komponenter og om ventilasjonskanaler laget av brennbare materialer går under dette, er ikke spesifisert. Det kan være behov for å gjennomføre en bredere analyse og eventuelt endre tekniske forskrifter på dette området. Det er også viktig å vurdere opphengs- og støttestrukturer for rektangulære kanaler, da bruken av alternative materialer kan påvirkes av behovet for slike strukturer. Selv om fleksible kanalmaterialer kan ha lavere karbonavtrykk i produksjon og transport, kan økt bruk av oppheng og støttestrukturer under installasjonen øke karbonavtrykket og andre miljøpåvirkninger. Derfor bør hele livssyklusen til produktet vurderes når man evaluerer miljøpåvirkningen av materialvalg for ventilasjonskanaler, inkludert produksjon, transport, installasjon, bruk og avhending. Stål fortsetter å være et viktig byggemateriale, og det er for tiden ingen direkte erstatning for stål, selv om stadig forbedrede stålprodukter utvikles. Noen store stålprodusenter, som SSAB og XCarb® RRP, utforsker mulighetene for å produsere fossilfritt stål. Konsekvensene av å produsere fossilfritt stål er fortsatt usikre, og det er ikke klart om det vil være et alternativ eller en erstatning for produksjonen med fossile materialer, men som en kjent lærd i stålverdenen sa: «Det eneste alternativet til stål er bedre stål»◦ .
Supervisor(s): Peter G. SCHILD at OsloMet.
Acknowledgements: Multiconsult AS (Anders Liaøy).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101428

Summary: To be able to achieve The United Nations Sustainable Development goal number 13 “Climate action” of limiting the global warming to 1,5°C and to be Greenhouse gas emission neutral in 2050, we need to take action. Reducing Greenhouse gas emission from buildings is one way of contributing to the Sustainable Development goal number 13. This master thesis aims to investigate the contribution of Greenhouse gas emission from Air treatment systems in office buildings by studying three different cases. A Life Cycle Assessment, LCA, is a standardized way of calculating and reporting the environmental impact from a product or process. A LCA, including modules A1-A3, Product, B4, Replacement and B6, Operational energy use, was performed. The LCA study was limited to include the environmental impacts on Climate change/Global Warming Potential. The LCA calculations were performed for Air treatment system: 362 Duct network for air treatment, 364 Equipment for air distribution and 365 Equipment for air treatment according to NS3451:2022. For B6, Operational energy use, the LCA calculation is based on a yearly energy calculation. A case building is used as a base in this Life Cycle Assessment. The building is an office building located in Oslo. It is developed three cases for the building:
• Case 1 represents an office building with centralized ventilation and with normal office work with most of the workers working inside the office all day.
• Case 2 represents an office building with centralized ventilation and where the use of the building is changed after 20 years. The first 20 years represents an office building where parts of the workers are working outside of the office with for example visiting customers or inspection. After 20 years the use of the building changes to a normal office work.
• Case 3 represents an office building with decentralized ventilation and with normal office work with most of the workers working inside the office all day.
A ventilation system is designed in REVIT for the cases and Air Handling Units is chosen from Air Handling Units suppliers design tool. An energy simulation is performed in IDA ICE to achieve yearly delivered energy for calculation of B6, Operational energy use. Finally, all parts are included in a LCA calculation for each case. The result from the Life Cycle Assessment show that the difference between the cases is small. Case 1 have a Global Warming Potential, GWP, of 122,81 kgCO₂-eq/m², case 2 have a GWP of 122,53 kgCO₂-eq/m² and decentralized system in case 3 are having the lowest GWP of 120,75 kgCO₂-eq/m² calculated for Scenario 1 – NO mix. Case 3 is 1,7% lower than case 1. The main contributors to the difference are Air Handling Units and main ducts from the floors to the AHU and to outdoor air intake and exhaust. Where case 1 and 2 have less GWP for AHU than case 3. However, for ducts it is opposite. This master thesis concludes that it is important to consider the floorplan and the layout of the building when choosing between a centralized and decentralized ventilation system while optimizing the impact on Global Warming potential. The thesis also concludes that it is important to include both embodied and operational emissions when performing a LCA for Air Handling Units.
Norsk sammendrag: For att oppnå De Forente Nasjoners, FN, bærekraftsmål nr 13 «Stoppe Klimaendringene» om at begrense den globale oppvarmingen til 1,5°C og at bli klimagass neutrale innen 2050 må vi handle nå. Att redusere klimagassutslipp fra bygg er en måte at bidra til FNs bærekraftsmål nr 13. Denne masteroppgave har som mål at undersøke bidraget til klimagassutslipp fra ventilasjons system i kontorsbygg med at studere tre ulike caser. En livsløpsanalyse er en standardisert metode for at beregne og rapportere miljøpåvirkning av produkter eller prosesser. En livsløpsanalyse som inkluderer modulene A1-A3, Produkt, B4, Utskifting og B6, Energibruk i drift, er utført. Livsløpsanalysen er begrenset til at inkludere miljøpåvirkning fra klimagass utslipp/ Global oppvarming. Livsløpsanalysen er utført for system: 362 Kanaler for luftbehandling, 364 Utstyr for luftfordeling og 365 Utstyr for luftbehandling etter NS3451:2022. For modul B6, Energibruk i drift, er livsløpsanalysen basert på en beregning av årlig energibruk. Livsløpsanalysen er basert på et case bygg. Bygget er et kontorbygg i Oslo. Det er utarbeidet tre caser for bygget:
• Case 1 representerer et kontorbygg med sentralt ventilasjonssystem og med normal kontors virksomhet der det fleste ansatte er på kontoret stor del av dagen.
• Case 2 representerer et kontorbygg med sentralt ventilasjonssystem og der bruken av bygget endres etter 20 år. I de første 20 årene har bygget en kontorvirksomhet der mange av det ansatte arbeider utenfor kontoret med at besøke kunder eller lignende. Efter 20 år endres bruken av bygget til en normal kontorvirksomhet.
• Case 3 representerer et kontorbygg med desentralt ventilasjonssystem men med en normal kontorvirksomhet der det fleste ansatte er på kontoret stor del av dagen.
Et ventilasjonssystem er tegnet i REVIT og Ventilasjons aggregater er valgt i en aggregatleverandør sitt verktøy for valg av aggregater. En energisimulering er utført i IDA ICE for at finne årlig levert energi til beregning av B6, Energibruk i drift. Til sist er alle deler satt sammen til en livsløpsanalyse for var case. Resultatet av livsløpsanalysen viser at forskjellen mellom casene er liten. Case 1 har et Globalt oppvarmings potensial, GWP, på 122,81 kgCO₂-eq/m², case 2 har et GWP på 122,53 kgCO₂-eq/m² og det desentrale systemet i case 3 har det laveste GWP på 120,75 kgCO₂-eq/m² beregnet med Scenario 1 – NO miks. Case 3 har 1,7% lavere utslipp enn case 1. De største bidraget til forskjellen kommer fra aggregater og fra hovedkanaler fra etasjene til aggregat og videre til inntak og utkast. Case 1 og 2 har lavere GWP for aggregater enn case 3 men for hovedkanaler er det omvendt. Konklusjonen fra master oppgaven er at det er viktig at ta hensyn til byggets plantegning og utforming når beslutning om et sentralt eller desentralt system skal velges utfra målet at optimalisere miljøpåvirkningen fra ventilasjonssystemet. Oppgaven konkludere også med at det er viktig at inkludere både bundne og ikke bundne utslipp når det skal utføres en livsløps analyse for ventilasjons aggregater.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD at OsloMet.
Acknowledgements: Multiconsult AS (Anders Liaøy).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101418

Summary: The construction and building industry is currently responsible for approximately 40% of all energy consumption worldwide. Of this, approximately 80% of the energy is utilized for hot water consumption, heating, and cooling of buildings [1]. One way to reduce this energy consumption associated with heating of buildings is the use of solar assisted ground source heat pumps. This system consists of a solar collector, heat pump, heat exchanger, hot water tank, and energy well. The main objective of this study is to develop a program for solar-assisted ground-source heat pumps in Python. Pre-work has been done for an artificial scenario using a climate file for Oslo, and three sub-programs and a hypothetical apartment block with 40 units have been established to provide a framework and desired heating demand for the study. State variables, including four temperatures and a deviation variable, have been combined into a state-space model used in a main program to simulate the system. A PI function has been implemented to control the mass flow between the heat pump and hot water tank, and constant values are used for the remaining closed circuits. The results from the sub-programs showed that the energy requirement and the dimensioning effect of the heat pump were 161, 854 kWh and 14.78 kW. The heat transfer coefficient in the ground-source heat exchanger converged towards 232 W/m²K, and the input values for mass flow cannot be less than 0.4 kg/s. The results from the main program showed that the program nearly succeeded in generating realistic simulations, but an error were observed from reality where phase changes occur, such as at the transition between day and night. The program was tested with solar collector efficiencies for three different solar collectors, which appeared to have little impact on the simulations. Borehole depth was tested for 150m and 100m, and the simulations showed that the temperature of the evaporator decreased. Different values for Kp and Ki were tested in the PI function for four different seasons. Kp and Ki equal to 1 and 1/10⁶ were considered the most optimal of the tested input values on an annual basis. The results from this study can be used to estimate expected temperatures in the system at different times. This lays the foundation for further development for solar assisted ground source heat pump systems, and potentially contributes to more efficient and sustainable heating of buildings.
Norsk sammendrag: Bygg- og anleggsbransjen står i dag for omtrent 40% av all energibruk i verden. Av dette utgjør omtrent 80% energien for varmtvannsforbruk, oppvarming og kjøling av bygg [1]. Et tiltak for å redusere denne energibruken knyttet til oppvarming av bygg, er bruk av solassistert bergvarmepumpe. Dette systemet består av en solfanger, varmepumpe, varmeveksler, varmtvannstank og energibrønn. Hovedmålet med denne oppgaven er å utvikle et program for solassistert bergvarmepumpe i Python. Det er utført et grunnarbeid for et kunstig scenario ved bruk av klimafil for Oslo, og tre delprogrammer. En tenkt boligblokk med 40 leiligheter er etablert for å gi oppgaven en ramme og et ønsket oppvarmingsbehov. Tilstandsvariabler, inkludert fire temperaturer og en avviksvariabel, er kombinert i en tilstandsrommodell som er brukt i et hovedprogram for å simulere systemet. En PI-funksjon er implementert for å kunne styre massestrøm mellom varmepumpe og varmtvannstank, og for de resterende lukkede kretsene benyttes konstante verdier. Resultatene fra delprogrammene viste at energibehovet og varmepumpens dimensjonerende effekt ble 161 854 kWh og 14.78 kW henholdsvis. Varmeoverføringskoeffisienten i bergvarmeveksleren konvergerte mot 232 W/m²K, og inngangsverdier for massestrøm burde ikke være mindre enn 0.4 kg/s. Resultatet fra hovedprogrammet viste at programmet nesten klarte å generere realistiske simuleringer. Det ble registrert avvik fra virkeligheten der det oppstår faseendringer hvor grenser for ulike betingelser er satt, som for eksempel ved overgangen mellom dag og natt. Programmet ble testet med solfangervirkningsgrad for tre ulike solfangere, noe som viste seg å ha liten innvirkning på simuleringene. Borehulldybde ble testet for 150m og 100m, og simuleringene viste at temperaturen i kilden til fordamperen ble lavere ved 100m. Ulike verdier for Kp og Ki ble testet i PI-funksjonen for fire ulike årstider. Kp og Ki lik 1 og 1/10⁶ ble ansett som de mest optimale av de testede inngangsverdiene på årsbasis. Resultatene fra denne oppgaven kan benyttes til å estimere forventede temperaturer i systemet ved ulike tider. Dette legger grunnlaget for videre utvikling av solassisterte bergvarmepumpesystemer, og potensielt bidra til mer effektiv og bærekraftig oppvarming av bygg.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA at OsloMet.
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101417

Summary: In recent times there has been a trend of electrification worldwide, as large parts of the world move away from the use of fossil fuels. This shift is of significant importance, particularly within the building sector, which accounts for a significant portion of the electricity consumption. Furthermore, this highlights the importance of implementing strategies to avoid power peaks, which put immense strain on the electrical grid. Several different strategies have been proposed and analyzed by other researchers thus far, with the intention of reducing and/or shifting such power peaks, in order to better manage the available power without necessitating grid expansion solely for the accommodation of said peaks. This thesis examined the possibility of utilizing temporary shutdowns in available power in the central heating system of an office building to reduce power consumption during these peaks, while simultaneously maintaining thermal comfort for the occupants. A literature review showed promising results from earlier simulations and experiments, which had examined several aspects of the subject at hand, including the thermal capacity of different constructions and dedicated thermal energy storage solutions, as well as several different control strategies for different systems. In addition to the literature review, multiple simulations employing different strategies were run in IDA ICE 4.8, for both a TEK17- and Passive House-worthy building envelope. Furthermore, the total water volume of the distribution pipes was considered as a heat storage medium. Custom controllers were developed using available IDA ICE tools, in order to adjust the temperature setpoints and operation schedules of different components, and their signals were logged to verify that they operated as expected. The results indicate that there is a lot of potential in these temporary shutdowns with regard to reduction of power consumption during periods of high demand. Among the most promising findings was the fact that the heating power in the central heating system could be shut off completely for up to three hours during a morning peak period without sacrificing thermal comfort. As expected, the Passive House model showed better performance than the TEK17 model in all simulations. The simulations also highlight the potential of considering the water volume in the distribution network as short-term heat storage with regard to water-borne space heating systems.
Norsk sammendrag: I en tid når verden beveger seg vekk fra fossile brensler til fordel for elektrisk energi, er det blitt betydelig viktigere å sikre tilstrekkelig elektrisitet til oppvarmingsformål og samtidig unngå en ellers unødvendig utbygging av strømnettet som kun har som hensikt å håndtere tidsbegrensede effekttopper. Dette er av særlig betydning for byggebransjen, som står for en stor andel av det totale forbruket av elektrisk energi. En rekke strategier for å redusere og/eller forskye effekttopper er blitt foreslått og analysert tidligere, med hensikt å effektivisere utnyttelsen av den tilgjengelige effekten, uten å nødvendiggjøre ytterligere utbygging av strømnettet utelukkende for håndtering av disse toppene. Denne masteroppgaven utforsker muligheten for midlertidige kutt i tilgjengelig effekt i energisentralen til et kontorbygg, med hensikt å redusere effekttopper i perioder med høy belastning, uten at det går på bekostning av brukernes termiske komfort. En litteraturgjennomgang av tidligere simuleringer og eksperimenter, som blant annet har undersøkt varmekapasiteten i ulike konstruksjoner og dedikerte varmelagringsteknologier, så vel som ulike kontrollstrategier for ulike teknologier, viste lovende resultater. I tillegg til litteraturgjennomgangen er det gjennomført en rekke simuleringer med ulike strategier i IDA ICE 4.8 for både en TEK17- og en Passivhus-verdig klimaskjerm. Samtidig er det totale vannvolumet i rørnettet for systemet betraktet som et varmelagringsmedium. Skreddersydde kontroller for tilpasning av temperatursettpunk og driftsplan for ulike komponenter er utviklet i programmet ved bruk av eksisterende verktøy i IDA ICE, og deres signaler er loggført for å verifisere at de opererer som forventet. Resultatene tilsier at det er stort potensiale i midlertidige effektkutt med hensyn til reduksjon av forbruk i perioder med høyt effektbehov. Et av de viktigste funnene er muligheten for å slå av oppvarming i energisentralen i opptil tre timer samtidig som termisk komfort opprettholdes. Som forventet presterer Passivhus-modellen bedre enn TEK17-modellen i samtlige simuleringer. Simuleringene framhever også potensialet for å utnytte vannvolumet i rørnettet til midlertidig varmelagring i forbindelse med vannbårne oppvarmingssystemer.
Supervisor(s): Mehrdad RABANI at OsloMet.
Acknowledgements: Multiconsult AS (Ida Bryn, Ørnulf Kristiansen).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101443

Summary: This master’s thesis has been conducted in collaboration with GK Norway and is based on the critical space at the environmental building of GK in Ryen, Oslo. This thesis analyzes the thermal indoor climate and energy usage in an office space using various control methods for the active supply air vent in an all-air system. The following control methods have been examined: exhaust compensation with zone-based regulation using air temperature, regulation based on outdoor temperature compensation with operative temperature and CO2, regulation based on outdoor temperature compensation with only operative temperature, zone-based regulation of operative temperature, and zone-based regulation of air temperature. The results of the thesis suggest that control based on exhaust-compensated supply air regulation with zone-based regulation using air temperature is the control method that provides the best indoor climate and energy consumption. Comparing the actual state with the simulated state allows us to conclude that control based on exhaust-compensated supply air regulation with zone-based regulation using air temperature leads to thermal comfort and thereby results in greater user satisfaction based on the presented predicted percentage of dissatisfied (PPD) comparison. Suggestions for further work would be to explore possibilities for optimizing measures 3 and 5. By optimizing measure 3, i.e., using exhaust-compensated supply air regulation with zone-based regulation using operative temperature, it may also be beneficial to investigate ways to make exhaust compensation with zone-based regulation using air temperature even more energy-efficient.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven er gjennomført i samarbeid med GK Norge, og tar utgangspunkt i det kritiske rommet på miljøhuset GK i Ryen i Oslo. I denne masteroppgaven har det blitt gjennomført analyse av termisk inneklima og energibruk i et kontorlokale ved bruk av ulike styringsmetoder for aktiv tilluftsventil i et all-air system. Det er blitt sett på følgende styringsmetodikker; avtrekkskompensert tilluftsregulering med regulering i sone basert på luft temperatur, regulering basert på utetemperaturkompensert tilluftsregulering med operativ temperatur og CO2, regulering basert på utetemperaturkompensert tilluftsregulering med kun operativ temperatur, sonebasert regulering av operativ temperatur, og sonebasert regulering av lufttemperatur. Dette er gjennomført ved fysiske målinger i rommet, beregninger, simuleringer i IDA ICE og ved bruk av reelle verdier fra SD-anlegget. Resultatene i oppgaven tilsier at styring basert på avtrekkskompensert tilluftsregulering med regulering i sone basert på luft temperatur er den styringsmetoden som gir best inneklima og energiforbruk. Sammenligning av reell tilstand med simulert tilstand gir oss grunnlag til å konkludere med at styring basert på avtrekkskompensert tilluftsregulering med regulering i sone basert på luft temperatur, fører til termisk komfort og resulterer derav i at brukerne av rommet blir mer fornøyde ut ifra PPD sammenligningen som er presentert. Forslag til videre arbeid vil være å se på muligheter for optimalisering av tiltak 3 og 5. Ved å optimalisere tiltak 3; bruk av utetemperaturkompensert tilluftsregulering med regulering i sone basert på operativ temperatur. Det kan også være gunstig å se på muligheter for å gjøre avtrekkskompensering med regulering i sone basert på luft temperatur enda mer energieffektiv.
Supervisor(s): Mehrdad RABANI at OsloMet.
Acknowledgements: GK (Mads Mysen).

Summary: Currently, buildings in Europe account for 40% of the total energy consumption and 36% of CO₂ emissions. Efforts are being made to reduce greenhouse gas emissions and impose stricter energy consumption requirements. One factor that may contribute to achieving these reductions is ventilation in buildings. Ventilation usage can be optimized to achieve significant efficiency during targeted periods, thereby reducing energy consumption. Hybrid ventilation has emerged as a prominent subject of discussion in Norway over the past decades. With a combination of natural- and mechanical ventilation, we can save energy usage in the buildings and reduce greenhouse gas emissions. However, the important question is whether these hybrid ventilations principles are compliant with thermal indoor climate requirements, or not. This master’s thesis will explore the impact of window ventilation as hybrid ventilation on thermal indoor climate and energy use, with the aid of measurements and IDA-ICE simulations at Klima house in Oslo, Norway. The present work has commenced with a comprehensive literature review to explore the current status of hybrid solutions and their outcomes, alongside acquiring an understanding of the fundamental physical principles that underpin the natural and hybrid ventilation. Klima house in Tøyen, Oslo was investigated and surveyed. It was discovered that there had been several complaints from the users of the building, such as high temperatures during the summer months. After careful examination of the project materials and the technical installation, it was found that Klima house uses natural ventilation as the basis for ventilation, with the help of windows and mechanical ventilation. The house has automatic control of the windows ventilation, provided by Window Master. A survey was conducted for the building and an interview was conducted with Window Master regarding their systems. Thermal indoor climate measurements were then taken at Klima house for two of their main rooms, once during winter and in spring, and the SD-system was further examined. The winter measurements were taken without opening the windows, while during the spring measurements, the windows in one of the rooms were open all day. IDA-ICE simulations were also carried out for both model verification and intervention models, with a focus on thermal indoor climate and energy consumption. The results from the winter measurements showed that the temperature gradient and air velocities meet the requirements, but there has been no contribution from mechanical ventilation, and the operative temperature has been above 23 °C for a long time in one of the rooms. There have been quite high CO₂ concentrations in the rooms. PMV and PPD values have been far above the requirements, while DR% has been above the requirement, and PD% has been within the requirement. It has also been found that the sensors in the rooms are not functioning properly and are registering low CO₂ concentrations and errors in temperature. The results from the spring measurements show that there have been too high PPD%, DR%, and velocities due to open windows. In addition, there has been somewhat high CO₂ concentration, despite sensor replacement. The calculations showed that the window opening areas were undersized in one of the rooms, and the main cause of the building’s challenges is that the basic ventilation is based on natural ventilation, in addition to some physical and construction-related reasons. High CO₂-consentration lead to poor air quality and health risks. Airborne virus transmission has been in the spotlight after the COVID19 pandemic, and organizations such as REHVA, in their COVID-19 guidance, version 4.1, have suggested changing the CO₂ setpoint to 550 ppm for demand-controlled ventilation. This makes it difficult to meet the requirements and, most importantly, achieve good air quality with natural ventilation. The IDA-ICE simulations showed that window openings with outdoor temperatures below 15 [°C] would cause significant temperature drops and drafts inside the rooms without preheating of the supply air, resulting in higher heating demands. It was also found that there would be high air velocities and drafts with window openings. Additionally, it was determined that night ventilation is highly effective VIII for passive cooling. Therefore, some window opening, and control strategies were developed for the action models that will contribute to energy savings of respectively 9.06% and 11.86% on fan and cooling energy, compared to a fully mechanical ventilation system. A well-planned and implemented control strategy is necessary to utilize the passive solutions most efficiently and at the right time. Without a proper strategy, the system will not function as intended.
Norsk sammendrag: I dag står det 40% av totalet energiforbruket i Europa og 36% av CO₂-uslippene relatert til bygninger. Det er forventninger til å kutte ned klimagassutslippene samtidig som det er strengere krav til energiforbruket. Et av de aspektene som kan bidra til kuttene er ventilasjonen i bygninger. Man kan optimalisere bruken av ventilasjon så mye, og sånn at det er supereffektivt i den perioden vi ønsker med minst bruk av energi. Hybridventilasjon har vært het tema de siste tiårene i Norge. Med en kombinasjon av naturligventilasjon og mekaniskventilasjon kan det se ut som man kan spare energibruken til bygninger samtidig som man kan redusere på klimagassutslippene, men det store spørsmålet er, om de prinsippene tilfredsstiller kravene til termisk inneklima og luftkvalitet eller ikke. I denne masteroppgaven skal det undersøkes effekten av vinduslufting som hybridventilasjon på termisk inneklima og energibruk, ved hjelp av målinger og IDA-ICE simuleringer ved Klimahuset på tøyen i Oslo. Jobben har startet med en litteraturstudie for både å finne ut hva det er som er gjort av hybride løsninger per nå og hva har vært av resultater, men også samtidig for å lære de fysiske lovene som er grunnlaget for en naturlig- og hybridventilering. Det ble undersøker og kartlegginger ved Klimahuset på tøyen. Det ble fant ut at det har vært en del klager fra brukerne på huset, blant annet, høye temperaturer om sommeren. Etter at studert nøye i prosjektmaterialene og tekniske installasjonene fant ut at Klimahuset bruker naturligventilasjon som basisventilasjon med hjelp av vinduslufting og mekaniskventilasjon. Huset har automatisk styring av vinduene fra Window Master for vinduslufting. Det ble utarbeidet en spørreundersøkelse for huset. Det er tatt et intervju med Window Master om deres systemer. Deretter ble foretatt termisk inneklima- og CO₂-målinger ved Klimahuset for to av hovet lokalene to ganger, en vinter- og en vårmåling samt ble SD-anlegget nærmere undersøkt. Vintermålingene ble foretatt uten vindusåpning, mens på vårmålingen var vinduene i et av lokalene åpne hele dagen. Det ble også utført IDA-ICE simuleringer for både verifisering av modellen og tiltaksmodeller, med tanke på termisk inneklima og energiforbruk. Resultatene fra vintermålingen viste seg at temperaturgradient og lufthastigheter vil oppfylle krav, men det har heller ikke vært noe bidrag fra mekaniskventilasjon, operativtemperaturen har vært over 23 [°C] lenge i en av lokalene. Det har vært ganske høye CO₂-konsentrasjoner og over forskriftskravet i lokalene. PMV og PPD-ene har vært langt over kravene samt DR% har vært over kravet og PD% har vært innenfor krav. Det er også avdekket at sensorene i lokalene fungerer ikke som de skal og de registrerer lave CO₂-konsentrasjoner samt feil ved temperaturene. Resultatene fra vårmålingen viser at det har vært for høye PPD%, DR% og hastigheter grunnet vindusåpninger. I tillegg så har det vært noe for høye CO₂-konsentrasjoner til tross for at sensorene ble byttet ut. Beregningene viste at åpningsgradene på vinduene var underdimensjonert i et av lokalene, samt at hovedårsaken til utfordringene til bygget er at basisventilasjonen er basert på naturligventilasjon, i tillegg til en del fysiske og konstruksjonsmessige årsaker. Høye CO₂-konsentrasjoner medfører dårlig luftkvalitet og helserisiko. Virusoverføring via luftbåren har hatt vært i søkelys etter COVID-19 pandemien og blant annet REHVA i sin COVID-19 veileder versjon 4.1 foreslått å endre settpunket til CO₂ til 550 ppm ved behovstyrt ventilasjon. Da kan det være vanskelig å tilfredsstille kravene og ikke minst få god luftkvalitet med naturligventilasjon. IDA-ICE simuleringer viste seg at vindusåpninger med utetemperaturer under 15 [°C] vil forårsake kraftige temperaturfall og trekk inne i lokalene uten forvarming av tillufta, dersom en skal opprettholde god luftkvalitet, dermed en del mer oppvarmingsbehov. Det er også påvist at det kommer til å bli en del høye hastigheter og trekk ved vindusåpninger. Det er også påvist at nattventilering er svært effektiv for passkjøling. Dermed er lagd noen vindusåpnings- og styringsstrategier for vinduene for tiltaksmodellene som vil bidra til en energibesparelse på totale energiforbruket på hhv. 9,06% og 11,86%, kontra et fullt mekaniskventilasjonsanlegg. Det trenger en ganske god og planlagt styringsstrategi for å utnytte de passive løsningene mest gunstig og i riktig tid, men i fravær av en god strategi vil systemet ikke fungere som det skal.
Supervisor(s): Mehrdad RABANI at OsloMet.
Acknowledgements: Multiconsult AS (Ida Bryn).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101388

Summary: Research into simulating and calculating parameters for heat pumps has been on an upward trajectory, especially in recent years due to rising electricity prices. A pre-existing Python-based heat pump cycle has been extended and refined for more comprehensive calculations to heat pumps and, in particular, heat exchangers. This improved model includes three new heat exchangers: the shell and tube, double pipe, and plate exchanger, each offering an array of parameters to be calculated. An iterative Python code has been developed to generate a heat load (Qc) and a user-input required heat load (Qc,rec), with four convergence criteria, tolerance of: i) Qc and Qc,rec, ii) Qev and Qev1, and iii) condenser temperatures and iv) evaporator temperatures. The Python code has been validated against CoolTools. Three cases involving different refrigerants (R2170, R717, and R290) have been computed to collect information and observe trends between the heat exchangers. The vapor compression cycle is then modeled in Python, using the converged results for calculated Qc and Qc,rec, and illustrated with T-s and P-h diagrams. This representation displays the findings by comparing the results of three cases. The computed results reveal that R717 consistently offers the highest coefficient of performance(COP) for all three heat exchangers across all cases. The study also measures the pump power required to circulate water through the condenser and evaporator. Of the three heat exchangers, the double pipe heat exchanger demands the most power due to its structure and length. Interestingly, as condenser temperatures rose across the cases, the pump power for water in the condenser decreased. This occurs in all three cases. In terms of efficiency, R717 emerged as the leader for the shell and tube exchanger, while R290 outperformed the other refrigerants in the double pipe exchanger. For the plate exchanger, the three refrigerants demonstrated equal efficiency, although this exchanger displayed the most significant decline in efficiency as Qc increased. To present these results in a more appealing and intuitive way, a web page was developed using Python and Streamlit. This digital tool provides an aesthetic and preferred method to illustrate and review the research outcomes.
Norsk sammendrag: Forskning på simulering og beregning av parametere for varmepumper har vært i sterk vekst de siste årene, blant annet på grunn av stigende strømpriser. I denne masteroppgaven er en allerede eksisterende Python-basert varmepumpesyklus blitt utvidet og forbedret for mer omfattende beregninger til varmepumper og spesielt varmevekslere. Denne forbedrede modellen inkluderer tre nye varmevekslere: skallvarmeveksler, dobbel rør og plateveksler, som hver tilbyr en rekke parametere å beregne. En iterativ Python-kode har blitt utviklet for å generere en varmelast (Qc) fra en opprinnelig varmelast (Qc,rec) gitt av brukeren, med fire konvergenskriterier, toleranse for: i) Qc og Qc,rec, ii) Qev og Qev1, iii) kondensatortemperatur og iv) fordampertemperaturer. Python koden er validert mot CoolTools. Tre caser som involverer forskjellige kjølemedier (R2170, R717 og R290) er beregnet for å samle inn informasjon og observere trender mellom varmevekslerne. Dampkompresjonssyklusen er deretter modellert i Python, ved å bruke de konvergerte resultatene for beregnet Qc og Qc,rec. Dette er illustrert med T-s og P-h diagrammer. Denne representasjonen viser funnene ved å sammenligne resultatene fra de tre casene. De beregnede resultatene avslører at R717 konsekvent tilbyr den høyeste ytelseskoeffisienten (COP) i sammenligningen av de tre varmevekslerne i alle tilfeller. Studien måler også pumpeeffekten som kreves for å sirkulere vann gjennom kondensatoren og fordamperen. Av de tre varmevekslerne krever dobbeltrørsvarmeveksleren mest effekt på grunn av sin struktur og lengde. Interessant nok ble pumpe effekten for vann i kondensatoren redusert ettersom kondensatortemperaturene økt. Dette var tilfelle i alle tre casene. Når det gjelder effektivitet, er R717 best for skall- og rørveksler, mens R290 presterte best i dobbel rør eksleren. For plateveksleren vister de tre kjølemediene lik effektivitet, men plateveksleren viste stor reduksjon i effektivitet når Qc øker. For å presentere resultatene på en mer tiltalende og intuitiv måte, ble også en nettside utviklet med Python og Streamlit. Dette har gjort det mulig å presenter på en god estetisk måte hvilke av varmevekslerne som yter best i de ulike casene.
Supervisor(s): Rebecca ALLEN at OsloMet.
Acknowledgements: COWI (Jørn Stene), Multiconsult (Ole Døsvik).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101442

Summary: This master thesis utilizes Python for the development of a sizing program for calculating heat pump performances. The aim is to tailor the program to a HVAC consultant needing investigation and dimensioning of heat pumps in different climates and applications. The method involves the use of a Python script to evaluate the impact of various parameters on the performance of the heat pump. Variables that were considered include the size of the heat exchanger and compressor, refrigerant, local climate, and supply/return temperature of the system. The results from the analyses showed that the size of the heat exchanger has a positive impact on the heat transfer and the coefficient of performance (COP) of the system. An increase in the compressor volume led to an increase in heat transfer but a reduction in COP due to a higher condensing temperature. This points to the need for a balance between the volume of the compressor and the size of the heat exchanger for optimal performance. Three different environmentally friendly refrigerants (R290, R717, and R1270) with low Global Warming Potential (GWP) were considered. Safety, performance factor, and investment costs were identified as key evaluation criteria when choosing refrigerants. This emphasizes the importance of a comprehensive evaluation that includes both environmental impact and economic factors. The refrigerant R717 achieved the highest performance factor of the three media. The choice of heating system was also found to have a significant impact on the heat pump’s COP, with systems with lower supply temperature resulting in a higher COP. This points to the need to match the heat pump system with the heating requirements to achieve optimal energy efficiency. The impact of climate conditions was assessed by comparing the coverage ratio for three different locations, Mandal, Oslo, and Røros. This showed significant differences. Røros had the lowest coverage ratio of 27%, while Mandal had the highest at 43%. Oslo had a coverage of 40%. This underscores the importance of considering local climate conditions when sizing heat pumps. To demonstrate how the Python script can be used in the HVAC field, a case was developed, named Case F. This case illustrates how the program can be used to set the desired heating requirement for the building and manipulate input data to analyze different coverage ratios and heating curves. The result of the coverage ratio will be useful in sizing heat pumps, which in turn affects investment costs.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven anvender Python til utvikling av et dimensjoneringsprogram for beregning av ytelser til varmepumper. Målet er å skreddersy programmet for en rådgiver innenfor VVS med behov for utredning og dimensjonering av varmepumper i forskjellige klima og anvendelser. Metoden involverer bruk av et Python- script som vurderer effekten av forskjellige parametere på varmepumpens ytelse. Variablene som ble vurdert inkluderer størrelsen på varmeveksleren og kompressoren, kjølemediet, det lokale klimaet og tur/retur-temperaturen for systemet. Resultatene fra analysene viste at størrelsen på varmeveksleren har en positiv innvirkning på varmeoverføringen og effektfaktoren til anlegget. En økning i kompressorens volum førte til økning i varmeoverføringen, men en reduksjon i COP grunnet høyere kondenseringstemperatur. Dette peker på nødvendigheten av en balanse mellom kompressorens volum og varmevekslerens størrelse for optimal ytelse. Tre forskjellige miljøvennlige kjølemedier (R290, R717 og R1270) med lav Global Warming Potential (GWP) ble vurdert. Sikkerhet, effektfaktor og investeringskostnader ble identifisert som sentrale vurderingskriterier ved valg av kjølemedier. Dette understreker betydningen av en helhetlig vurdering som inkluderer både miljøpåvirkning og økonomiske faktorer. Kjølemediet R717 oppnådde høyest effektfaktor av de tre mediene. Valget av oppvarmingssystem ble også funnet å ha betydelig innvirkning på varmepumpens effektfaktor, med systemer med lavere turtemperatur som resulterte i en høyere effektfaktor. Dette peker på behovet for å matche varmepumpesystemet med oppvarmingskravene for å oppnå optimal energieffektivitet. Innvirkningen av klimaforhold ble vurdert ved å sammenligne dekningsgraden for tre forskjellige lokasjoner, Mandal, Oslo og Røros. Dette viste betydelige forskjeller. Røros hadde den laveste effektdekningsgraden på 27 %, mens Mandal hadde den høyeste på 43%. Oslo hadde en dekning på 40 %. Dette understreker viktigheten av å vurdere lokale klimaforhold ved dimensjonering av varmepumper. For å demonstrere hvordan Python- scriptet kan benyttes i VVS- faget ble det utviklet en case, navngitt til case F. Denne casen illustrerer hvordan programmet kan brukes til å sette ønsket varmebehov for bygget og manipulere inndata til å analysere forskjellige dekningsgrader og fyringskurver. Resultatet av dekningsgraden vil være nyttig ved dimensjonering av størrelse på varmepumper som igjen påvirker investeringskostnadene.
Supervisor(s): Rebecca ALLEN at OsloMet.
Acknowledgements: Thermoconsult AS (Egill Elvestad), AJL AS (Morten Eddie Jakobsen & Morten Løyning).
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101439

Summary: There has been a significant development in the efficiency of heat pumps and cooling machines over the past decades [2], and simulation models have been a vital tool for testing and optimizing the performance of the vapor compression cycle (VC cycle) under different operating conditions. As a supplement to the models that already exist, this report presents a graphical user interface and a model for the analysis of a standard VC cycle. Emphasis is placed on visualizing the results, so that the model can serve as a learning tool for students. This report aims to present the model and demonstrate how it can be used to analyze the performance data of the VC cycle for a liquid-to-water heat pump with R410a as the working medium. The focus here has been to investigate how changes in the heat transfer performance of the evaporator and condenser affect the performance data COP, VHC and exergy efficiency. Empirical studies have been used to include different expressions for the isentropic efficiency of the compressor, enabling the model to examine how the VC cycle is influenced by the compressor. This is set as a sub-goal and is addressed in the discussion chapter and conclusion. The methods have mainly been to transform physics (thermodynamics) and empirical results into computer code. Then the model has been validated against CoolProp’s own function for simulating the VC cycle. The main findings of the study are how the heat exchangers’ heat transfer performance affects the temperature difference between the working medium’s phase transition temperature and the heat carrier in the heat exchanger, and thus plays a role in the positioning of the VC cycle in the Ph and Ts diagram. By examining how the cycle changes in these diagrams, one can understand how performance parameters COP, VHC and exergy efficiency are influenced. The study also concluded that the isentropic efficiency of the compressor should be carefully mapped before the performance data of the VC cycle can be calculated or simulated. This is because results from empirical data for the compressor lead to large variations in the performance data. Empirical data shows that isentropic efficiency should be calculated as a function of the pressure ratio across the compressor. For heat pumps or cooling machines with varying pressure ratios, isentropic efficiency should not be set as a fixed value, as this can lead to inaccurate results.
Norsk sammendrag: Det har vært en stor utvikling innen effektiviteten til varmepumper og kjølemaskiner de siste ti-årene [2], og simuleringsmodeller har vært et viktig verktøy for å kunne teste og optimalisere ytelsen til VC-syklusen (vapor compression cycle) ved forskjellige driftsforhold. Denne rapporten presenterer et grafisk brukergrensesnitt og modell for analyse av en standard VC-syklus, og vil være et supplement til modellene som allerede finnes. Det er lagt vekt på å kunne visualisere resultatene slik at modellen kan fungere som et læringsverktøy for studenter. Denne rapporten har som mål å presentere modellen, og vise hvordan den kan benyttes for å analysere VC-syklusens ytelsesdata for en væske-til-vann varmepumpe med R410a som arbeidsmedium. Her har fokuset vært å undersøke hvordan endringer i fordamperen og kondensatorens varmeoverføringsytelse påvirker ytelsesdataene COP, VHC og eksergieffektivitet. Det er benyttet empiriske studier for å inkludere ulike uttrykk for kompressorens isentropiske virkningsgrad, noe som gjør modellen i stand til å undersøke hvordan VC-syklusen påvirkes av kompressoren. Dette er satt som et delmål og blir besvart i diskusjonskapittelet og konklusjonen. Metodene har hovedsakelig vært å omdanne fysikk (termodynamikk) og empiriske resultater til datakode. Deretter har modellen blitt validert mot CoolProps egen funksjon for simulering av VC-syklusen. Hovedfunnene i studiet er hvordan varmevekslernes varmeoverføringsytelse påvirker temperaturforskjellen mellom arbeidsmediets faseovergangstemperatur og varmebæreren i varmeveksleren, og på den måten spiller inn på VC-syklusens plassering i Ph- og Ts-diagrammet. Ved å undersøke hvordan syklusen endres i disse diagrammene, kan man forstå hvordan COP, VHC og eksergieffektiviteten blir påvirket. Studien konkluderte med at kompressorens isentropiske virkningsgrad bør kartlegges nøye før VC-syklusens ytelsesdata kan beregnes eller simuleres. Dette er fordi resultater fra empiriske data for kompressoren gir store variasjoner i ytelsesdataene. Empiriske data viser at isentropisk virkningsgrad bør beregnes som en funksjon av trykkforholdet over kompressoren. For varmepumper eller kjølemaskiner med varierende trykkforhold, bør ikke isentropisk virkningsgrad settes som en fast verdi, da dette kan gi unøyaktige resultater.
Supervisor(s): Rebecca ALLEN at OsloMet.
Permalink: https://hdl.handle.net/11250/3101430

Summary: The amount of greenhouse gases is increasing and climate change is happening faster than previously thought. One of the UN’s sustainability goals is to stop climate change. To reach the goal, the world will have to act immediately to combat climate change and its consequences. Globally, buildings and real estate account for as much as 40% of total greenhouse gas emissions. One of the measures to reduce emissions from construction and property is to choose solutions and building products that produce low emissions from a life-cycle perspective. In this master’s thesis, environmental impacts from the drainage system in buildings are examined. The investigations are based on a case project – Ydalir school in Elverum – which was opened in autumn 2019. The drainage system for the school was designed by Multiconsult. The material combinations that were chosen at the time are used as a basis for comparison against alternative combinations of materials. In addition to greenhouse gas emissions, a number of other parameters for measuring environmental impact have been investigated. The main objective has been to find out whether certain combinations of materials for the drainage systems produce a reduction in environmental impact compared to the case project, and whether it is possible to say something about which materials or material combinations produce the least environmental impact. We are currently in a transition phase between two editions of the standard for how EPDs for construction products should look. Investigations have therefore been carried out on the various material combinations for both editions of the standard to see if the result is the same for both. The material combinations that have been investigated are:
– Case project: Polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC) and cast iron pipes (MA);
– Alternative 1: Polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC) and noise-absorbing PP pipes;
– Alternative 2: Polypropylene (PP) and cast iron pipes (MA);
– Alternative 3: Polypropylene (PP) and noise-damped PP pipes;
– Alternative 4: Polypropylene (PP).
In addition to the environmental impact of the various material combinations, investigations have also been carried out relating to certain practical properties of the alternatives. These surveys have been carried out both with the help of calculations and interviews with plumbers. This investigation concludes that it is largely possible to control the environmental impact of drainage systems by choosing materials. Significant variations in environmental impact have been found for all investigated environmental parameters when comparing the investigated material combinations. In general, it can be said that PP pipes, both “regular” and noise-reduced, are better than cast iron pipes from an environmental perspective.
Norsk sammendrag: Mengden klimagasser øker og klimaendringene skjer raskere enn tidligere antatt. Et av FNs bærekraftsmål er å stoppe klimaendringene. For å nå målet er verden nødt til å handle umiddelbart for å bekjempe klimaendringene og konsekvensene av dem. Globalt står bygg og eiendom for hele 40 % av de totale klimagassutslippene. Et av virkemidlene for å redusere utslippene fra bygg og eiendom er å velge løsninger og byggevarer som gir lave utslipp i et livsløpsperspektiv. I denne masteroppgaven er miljøpåvirkninger fra avløpssystemet i bygninger undersøkt. Undersøkelsene er basert på et caseprosjekt – Ydalir skole i Elverum- som ble åpnet høsten 2019. Avløpsanlegget til skolen ble prosjektert av Multiconsult. Materialkombinasjonene som ble valgt den gangen er benyttet som sammenligningsgrunnlag mot alternative kombinasjoner av materialer. I tillegg til klimagassutslipp er en rekke andre parametere for måling av miljøpåvirkning undersøkt. Hovedmålsetnigen har vært å finne ut om enkelte kombinasjoner av materialer for avløpssystemene gir en reduksjon i miljøpåvirkning sammenlignet med caseprosjektet, og om man kan si noe om hvilke materialer eller materialkombinasjoner som gir minst miljøpåvirkning. Man står for tiden i en overgangsfase mellom to utgaver av standarden for hvordan EPD-er for byggevarer skal se ut. Det er derfor gjennomført undersøkelser av de ulike materialkombinasjonene for begge utgaver av standarden for å se om resultatet er det samme for begge. Materialkombinasjonene som er undersøkt er:
– Caseprosjekt: Polypropylen (PP), polyvinylklorid (PVC) og støpejernsrør (MA);
– Alternativ 1: Polypropylen (PP), polyvinylklorid (PVC) og støydempede PP-rør;
– Alternativ 2: Polypropylen (PP) og støpejernsrør (MA);
– Alternativ 3: Polypropylen (PP) og støydempede PP-rør;
– Alternativ 4: Polypropylen (PP).
I tillegg til miljøpåvirkning fra de ulike materialkombinasjonene er det også gjort undersøkelser knyttet til enkelte praktiske egenskaper for alternativene. Disse undersøkelsene er gjennomført både ved hjelp av beregninger og intervjuer med rørleggere. Denne undersøkelsen konkluderer med at det i stor grad er mulig å styre miljøpåvirkningen fra avløpssystemer ved valg av materialer. Det er funnet betydelige variasjoner i miljøpåvirkning for alle undersøkte miljøparametere ved sammenligning av de undersøkte materialkombinasjonene. Generelt kan det sies at PP-rør, både «vanlige» og støydempede, er bedre enn støpejernsrør i et miljøperspektiv.
Supervisor(s): Bente HELLUM at OsloMet.
Acknowledgements: Multiconsult AS (Raymond Borge, Anders Liaøy).