Summary: Untreated wood will emit volatile organic compounds. Among these, pine emits the most, and the dominant compound is called α-pinene. In such an experimental study, it is desired to gain more knowledge about health effects as a result of terpenes, as this can be an area lacking in documentation. The study is designed as an experimental exposure trial in a chamber with a double-blind design. The subjects will be exposed to spruce (control situation) and pine (intervention situation), and the exposures are randomized, so that not everyone has the same type of wood as their first exposure. The sample of subjects consisted of 30 healthy non-smokers between 20 and 40 years of age, of which 17 were men and 13 were women. Health measurements were made before and after the chamber stay, and consisted of spirometry tests of lung function, measurement of NO levels in exhaled air using a handheld device, and neuropsychological tests. During the chamber stay, blink frequency was also recorded, and the subjects had to answer a subjective questionnaire. Throughout the trial period, measurements were made with a Q-trak for temperature, CO₂ and RH, in addition to NILU making measurements of monoterpenes using a PTR instrument. The results were presented for each of the measurement methods, and compared based on what the subjects were exposed to and whether it was their first or second chamber stay. Some of the results showed a worsening of health complaints, while others showed improvement. There was no clear difference whether it was from exposure to spruce or pine. For the results that gave a positive change in health, it was discussed whether the value could be influenced by experience and learning ability. Where negative changes occurred, they were relatively small and above the clinical limit. 22 t-tests were performed, of which three showed statistical significance. Two of them were general symptoms from the subjective questionnaire, and the last was the value “FEV1” from the spirometry tests. Significant changes in “FEV1” were considered a learning effect as it was the only lung function value that was significant. It was also discussed whether changes in general symptoms could be due to statistical chance or be caused by differences in baseline values ​​at the two exposures. At the end of the study, it was concluded that no specific relationship was found between health problems and concentration levels of monoterpenes from wood.
Norsk sammendrag: Ubehandlet trevirke vil avgi emisjoner av flyktige organiske forbindelser. Blant disse er det furu som avgir mest, og den dominerende forbindelsen går under gruppen terpener og heter α-pinen. I en slik eksperimentell studie ønskes det å skaffe mer kunnskap om helseeffekter som følge av terpenene, ettersom det kan være et mangelfullt område når det kommer til dokumentasjon. Studien er lagt opp som et eksperimentelt eksponeringsforsøk i kammer med dobbeltblind design. Forsøkspersonene skal eksponeres for gran (kontrollsituasjon) og furu (intervensjonssituasjon), og eksponeringene er randomisert, slik at ikke alle har samme tresort som førsteeksponering. Utvalget av forsøkspersoner besto av 30 friske ikke-røykere mellom 20 og 40 år, hvor 17 var menn og 13 kvinner. Helsemålinger ble gjort før og etter kammeropphold, og besto av spirometritest av lungefunksjon, måling av NO-nivå i utånding ved hjelp av et håndholdt apparat og nevropsykologiske tester. Under kammeroppholdet ble det også registrert blunkefrekvens, og forsøkspersonene måtte svare på et subjektivt spørreskjema. I hele forsøksperioden ble det gjort målinger av en Q-trak for temperatur, CO₂ og RH, i tillegg til at NILU foretok målinger av monoterpener ved hjelp av et PTR-instrument. Resultatene ble presentert for hver av målemetodene, og sammenlignet ut ifra hva forsøkspersonene var eksponert for og om det var første eller andre kammeropphold. Noen av resultatene viste forverring av helseplagene, mens andre viste forbedring. Det var ingen tydelig forskjell på om det var fra eksponering for gran eller furu. Ved de resultatene som ga positiv endring i helse, ble det drøftet om verdien kan være påvirket av erfaring og læringsevne. Der hvor det forekom negative endringer, var de relativt små og over den kliniske grensen. Det ble utført 22 t-tester, hvor tre av dem viste statistisk signifikans. To av dem var generelle symptomer fra det subjektive spørreskjemaet, og den siste var verdien «FEV1» fra spirometritestene. Vesentlige endringer i «FEV1» ble regnet som læringseffekt ettersom det var den eneste av verdiene for lungefunksjon som ga signifikans. Det ble også drøftet om endringer i de generelle symptomene kan stamme fra statistiske tilfeldigheter eller være forårsaket av forskjell i førverdier ved de to eksponeringene. Som avslutning på studien ble det konkludert med at det ikke ble oppdaget noen konkret sammenheng mellom helseplager og konsentrasjonsnivå av monoterpener fra trevirke.
Research project: : WEEE (Wood – Energy, Emissions, Experience),https://wsenetwork.org/wood-energy-emissions-experience-weee/.
Supervisor(s): Knut R. SKULBERG (HiOA).
Acknowledgements: NAAF (Nils Ledermann); NILU (Armin Wisthaler); Norsk Treteknisk Institutt (Ulrike Heinemann, Anders Q. Nyrud), HiOA (Oddbjørn Sjøvold).

Summary: Most countries in the world agree to try to limit global warming (CO₂) to the so-called two-degree target. One sector that contributes significantly to global warming is the building sector. The building stock, including the technical facilities, has a significant environmental impact through material use during construction, energy consumption in the operational phase and waste management after demolition. The aim of the thesis was to map out whether a water-based heating system based on district heating (OVA 1), or a heating system with direct electricity with a panel stove (OVA 2) is the environmentally correct choice in buildings with a very low need for local heat supply (< 15 kWh/m²). Basically, distributed water-based heating is more resource-/environmentally demanding to install (heat exchanger, convectors, pipes, etc.), and the hypothesis is that with a sufficiently low need for local heat (kWh/m²), direct electrical energy is the environmentally correct choice with regard to global warming (CO_{2). In order to have a basis for assessment for the choice of heating system, a life cycle analysis (LCA analysis) has been carried out of both heating alternatives in relation to the need for local heat for space heating. The most important assumptions are extremely small energy quantities, and that water-based systems will have relatively the largest distribution losses when the need for output power is lowest. A sub-goal of the thesis was to calculate the relative distribution heat loss for the water-based heating system, and used this as a simulation parameter in the life cycle analysis. The results show that the heat loss can be very high when the specific power requirement for space heating is sufficiently low. It is likely that the relative distribution heat loss can be up to 25% when the specific power requirement for space heating is 5 W/m². For the production and transport phase of the life cycle analysis, the results show that the water-based heating system has a significantly greater environmental impact compared to the electric heating system for almost all characterization factors over the life cycle period. Furthermore, the results show that the operation phase (energy production) constitutes a significantly larger share than the production and transport phase for both heating alternatives with regard to global warming (CO2). The results show that the electric heating system (OVA 2) will be the environmentally correct choice with regard to global warming (CO2) when simulated with the Norwegian (NO) or Nordic (NORDEL) electricity mix over the life cycle period. Furthermore, the results show that the water-based heating system will be the environmentally correct choice with regard to global warming when simulated with the European electricity mix and historical data, except when the energy demand becomes very low (< 2.5 kWh/m2*50 years). When simulated with the European electricity mix and future data, the heating alternatives are very difficult to distinguish. There is controversy in the scientific literature about determining the CO2 factor for the energy supply. The outcome for which heating option is the environmentally correct choice is therefore largely dependent on which CO2 factor is chosen for the energy supply.}
Norsk sammendrag: De fleste land i verden er enig om å prøve å begrense den globale oppvarmingen (CO₂) til det såkalte to-graders målet. En sektor som bidrar vesentlig til global oppvarming er bygningssektoren. Bygningsmassen inkludert de teknisk anleggene gir en betydelig miljøpåvirkning ved materialbruk under bygging, energiforbruk i driftsfasen og avfallshåndtering etter nedriving Målet med oppgaven var å kartlegge hvorvidt et vannbårent varmeanlegg basert på fjernvarme (OVA 1), eller et varmeanlegg med direkte elektrisitet med panelovn (OVA 2) er det miljømessige riktige valget i bygninger med svært lavt behov for tilførsel av lokal varme (< 15 kWh/m²). I utgangspunktet er distribuert vannbåren varme mer ressurs-/miljøkrevende å installere (varmeveksler, konvektorer, rør etc.), og hypotesen er at ved tilstrekkelig lavt behov for lokal varme (kWh/m²), så er direkte elektrisk energi det miljømessige riktige valget med hensyn til global oppvarming (CO₂). For å ha vurderingsgrunnlag for valg av varmesystem, er det gjennomført en livsløpsanalyse (LCA-analyse) av begge oppvarmingsalternativene i forhold til behov for lokal varme for romoppvarming. De viktigste forutsetningene er ekstremt små energimengder, og at vannbårende systemer vil få relativt sett størst distribusjonstap når behov for avgitt effekt er lavest. Et delmål i oppgaven var å beregne det relative distribusjonsvarmetapet for det vannbårende varmeanlegget, og benyttet dette som en simuleringsparameter i livsløpsanalysen. Resultatene viser at varmetapet kan bli svært høyt når det spesifikke effektbehovet for romoppvarming blir tilstrekkelig lav. Det er sannsynlig at det relative distribusjonsvarmetapet kan bli opp mot 25 % når det spesifikke effektbehovet for romoppvarming er 5 W/m². For produksjons- og transportfasen av livsløpsanalysen viser resultatene at det vannbårende varmeanlegget har en betydelig større miljøpåvirkning i forhold til det elektriske varmeanlegget for nesten samtlige karakteriseringsfaktorer over livsløpsperioden. Videre viser resultatene at driftsfasen (energiproduksjonen) utgjør en betydelig større andel enn produksjons- og transportfasen for begge oppvarmingsalternativene med hensyn til global oppvarming (CO₂). Resultatene viser at det elektriske varmeanlegget (OVA 2) vil være det miljømessige riktige valget med hensyn til global oppvarming (CO₂) når det simuleres med norsk (NO) eller nordisk (NORDEL) elektrisitetsmiks over livsløpsperioden. Videre viser resultatene at det vannbårende varmeanlegget vil være det miljømessige riktige valget med hensyn til global oppvarming når det simuleres med europeisk elektrisitetsmiks og historiske data, foruten når energibehovet blir veldig lavt (< 2,5 kWh/m2*50 år). Når det simuleres med europeisk elektrisitetsmiks og fremtidige data er oppvarmingsalternativene svært vanskelig å skille. Det strides i vitenskapelig litteratur om fastsettelse av CO₂-faktor for energiforsyningen. Resultatet for hvilket oppvarmingsalternativ som er det miljømessige riktige valget, er derfor i stor grad avhengig av hvilken CO₂-faktor som velges for energiforsyningen.
Research project: : UPGRADE Solutions (Løsninger for å oppgradere yrkesbygg mot passivhusnivå – og deltakelse i IEA SHC task 47).
Supervisor(s): Mads Mysen (HiOA, SINTEF Byggforsk); Torhildur Kristjansdottir (SINTEF Byggforsk).
Acknowledgements: SINTEF Byggforsk (Kari Sørnes); HiOA (Knut Skullberg, Ole Melhus).

Summary: The Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) requires reduced energy use, which makes it necessary to evaluate the progress of the design process and the collaboration between different disciplines. Sunlight has a major impact on both lighting conditions and thermal conditions, and it is therefore essential that these are evaluated with the same assumptions. A Daysim model has been calibrated against measurements in two case buildings. It was revealed that case 2 had very high illuminance values, and that solar shading would most likely have a positive impact on the indoor environment. Case 1 generally had little direct sunlight during the measurement periods, and the illuminance values ​​did not exceed an upper limit of 2000 lux. The simulation model was then used in further analyses of daylight conditions in case 2 with solar shading and energy use for lighting, and in the case with energy use for lighting when there was no need for solar shading. The illuminance values ​​from Daysim were compared with TEK-check. The LENI value from Daysim, TEK-check and Relux were also compared. The results naturally differed, as TEK-check and Daysim are based on actual climate data, with a simplification in TEK-check, while Relux is based on a CIE cloudy sky. A control algorithm for sun shading has been proposed, which aims to create consistency between calculations for daylight, thermal comfort and energy use. In the upper part of the algorithm, the purpose is primarily to prevent unpleasant glare without blocking more sunlight than necessary. Blinds were thus considered a potentially good solution, as they can be angled so that they prevent direct solar radiation while ensuring visibility and contact with the outdoors. To implement the algorithm in Daysim, slat angles were defined from an hourly solar path calculation so that the solar radiation was perpendicular to the slat surface. The model was then simulated with five different sun shading positions. The sun shading was defined to be in use when the illuminance value exceeded 2000 lux, which is the upper limit value for UDI. Values ​​with and without sun shading were compared and the results were significantly improved with sun shading. With overlapped slats, the illuminance values ​​were kept below 2000 lux until 15:30, when the slat angle was no longer sufficient to block the direct sunlight. Furthermore, more thorough analyses of slat angles and design should be carried out as it is based on simplifications. The requirements for energy use in buildings are becoming increasingly stringent. In order to document that the energy requirements have been met, it is therefore necessary to carry out more thorough analyses in the design phase of a construction project. By evaluating the access to daylight in an early phase, assessments can be made of the heat gain, the heat load and any reduction in artificial lighting that solar radiation brings with it. In order to exploit the advantages that sunlight provides and get a correct picture of potential savings, it is therefore most appropriate to use a dynamic, climate-based calculation method. The calculation of the average daylight factor for a room is a simple and well-established calculation method, but the method is too simple to be able to say anything about the daylight conditions and variations in a room over the course of a year. It is therefore important to base the calculations on climate-based calculation methods and simulation tools. Daysim is a validated program for calculating various values ​​related to a building’s supply of daylight, which gives good results compared to measurements.
Norsk sammendrag: Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) stiller krav til redusert energibruk, noe som gjør det nødvendig å evaluere designprosessens fremdrift og samarbeidet mellom ulike fagfelt. Sollys har stor innvirkning på både lysforhold og termiske forhold, og det er derfor essensielt at disse evalueres med samme forutsetninger. En Daysim modell har blitt kalibrert opp mot målinger i to case bygninger. Det ble avdekket at case 2 hadde meget høye illuminansverdier, og at solskjerming mest sannsynlig ville ha en positiv innvirkning på innemiljøet. Case 1 hadde generelt lite direkte solinnstråling i løpet av måleperiodene, og illuminansverdiene oversteg ikke en øvre grense på 2000 lux. Simuleringsmodellen ble så brukt i videre analyser av dagslysforhold i case 2 med solskjerming og energibruk til belysning, og i case med energibruk til belysning da det ikke var behov for solskjerming. Illuminansverdiene fra Daysim ble sammenlignet med TEK-sjekk. LENI-verdien fra Daysim, TEK-sjekk og Relux ble også sammenlignet. Resultatene hadde naturlig nok avvik, da TEK-sjekk og Daysim baserer seg på faktiske klimadata, med en forenkling i TEK-sjekk, mens Relux baserer seg på en CIE overskyet himmel. Det har blitt foreslått en styringsalgoritme for solskjerming, som har til hensikt å skape konsistens mellom beregninger for dagslys, termisk komfort og energibruk. I den øvre delen av algoritmen er hensikten først og fremst å hindre ubehagelig blending uten å blokkere mer sollys enn nødvendig. Persienner ble dermed vurdert som en potensiell god løsning, da de kan vinkles slik at de hindrer direkte solinnstråling samtidig som de sørger for utsyn og kontakt med det fri. For å implementere algoritmen i Daysim ble lamellvinkler definert ut i fra en timesbasert solbaneberegning slik at solinnstrålingen sto vinkelrett på lamellens flate. Modellen ble så simulert med fem ulike solskjermingsstillinger. Solskjermingen ble definert til å være i bruk når illuminansverdien oversteg 2000 lux, som er øvre grenseverdi for UDI. Verdier med og uten solskjerming ble sammenlignet og resultatene ble betydelig forbedret med solskjerming. Med overlappede lameller ble illuminansverdiene holdt under 2000 lux helt til kl. 15:30, da lamellvinkelen ikke lenger var tilstrekkelig for å blokkere den direkte solinnstrålingen. Det bør for øvrig gjøres grundigere analyser av lamellvinkler og utforming da det er basert på forenklinger. Kravene til energibruk i bygninger blir stadig strengere. For å dokumentere at energikravene er ivaretatt blir det derfor nødvendig å gjøre grundigere analyser i designfasen av et byggeprosjekt. Ved å evaluere dagslystilgangen i en tidlig fase kan det gjøres vurderinger av varmegevinsten, varmebelastningen og eventuell reduksjonen av kunstig belysning som solinnstråling fører med seg. For å kunne utnytte fordelene sollys gir og få et riktig bilde av potensielle besparelser er det derfor mest hensiktsmessig å benytte seg av en dynamisk, klimabasert beregningsmetode. Beregningen av gjennomsnittlig dagslysfaktor for et rom er en enkel og veletablert beregningsmetode, men metoden blir imidlertid for enkel til å kunne si noe om dagslysforholdene og variasjonene i et rom i løpet av et år. Det er derfor viktig å basere beregningene på klimabaserte beregningsmåter og simuleringsverktøy. Daysim er et validert program for beregning av ulike verdier knyttet til en bygnings tilførsel av dagslys, som gir gode resultater opp mot målinger.
Supervisor(s): Ida BRYN (HiOA, Erichsen & Horgen); Line R. KARLSEN (HiOA).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen; Peter Schild (SINTEF Byggforsk).

Summary: Energy use in hospitals is the largest building category in Norway. This master’s project aims to determine whether it is economically profitable to install a heat pump in a hospital. The problem was solved by comparing the specific energy use stated in kWh/m² with applicable requirements and standards and calculating profitability with the present value method. A subordinate problem is to look at energy-saving measures that, together with the installation of a heat pump, reduce energy use in hospitals. These measures include the ventilation unit, insulation of the building body and windows, equipment and lighting, operating times, the effect of the heat pump and regulation of temperature in the heat exchange. The simulation program IDA ICE at basic level is used to solve the specific energy use for a constructed building model. The building model with system division and associated measures has five different structures. Microsoft Office Excel sheets are used to produce graphs for LMTD and the temperature profile after the heat recovery in the ventilation unit. IDA ICE advanced level is used to simulate the flow-controlled circuit and the temperature-controlled circuit. Excel sheet is used for present value calculation and sensitivity analysis. Values ​​have been obtained from the simulations for calculations of the heat pump’s COP and EER For hospitals, Technical Regulation 10 has set 300 kWh/m² as the upper limit for specific energy use. In the Passive House standard NS3700 and NS3701, 180 kWh/m² is the requirement for the category and in the energy label scheme, 179 kWh/m² is the requirement to get into class A. Animation of the building structure showed that rooms with the most windows had the greatest heat loss. The ground source heat pump has the greatest heat recovery in the winter months, while in the summer months there is an alternation of heat storage and heat recovery. By implementing measures, the specific energy use becomes low and from starting with an energy simulation of 312 kWh/m² to ending with the most energy-saving measure of 107 kWh/m². To calculate whether the investment is profitable, the savings between the least favorable case and the most favorable case from the simulations were used as a basis for the present value calculation. The present value was positive. The logarithmic mean temperature difference across the ventilation battery was 34 degrees at 12 degrees after the heat exchanger. Simulations of a volume-regulated circuit and a temperature-regulated circuit with the same requirements on the receiver side showed that the output from the circuit with a boiler with a temperature-regulated circuit was lower than with a volume-regulated circuit. The temperature-regulated circuit has an average higher temperature of the water in the boiler. The starting temperature at a 60% recovery rate after the heat exchanger was 4 ºC and at an 80% recovery rate of 12 ºC. The present value is positive and sensitivity analysis showed profitability by investing with an energy price of 0.99 kr with a discount rate of up to 35%. With an energy price of 0.3 kr, the investment will not be profitable with a discount rate of 3%. The best outcome of the simulations ends at 107 kWh/m² and satisfies the TEK 10 regulations for energy use, the Passive House standard and receives grade A in the energy labeling scheme Calculation using present value shows that a heat pump solution will be a profitable investment.
Norsk sammendrag: Energibruken i sykehus er den største av bygningskategoriene i Norge. Dette masterprosjektet tar sikte på å finne ut om det er økonomisk lønnsomt å installere varmepumpe i et sykehus. Problemstillingen ble løst ved å sammenligne den spesifikke energibruken oppgitt i kWh/m² med gjeldene krav og standarder og beregning av lønnsomhet med nåverdimetoden. Underordnet problemstilling er å se på energibesparende tiltak, som sammen med installasjon av varmepumpe redusere energibruken i sykehus. Disse tiltakene omfatter ventilasjonsaggregatet, isolering av bygningskropp og vinduer, utstyr og lys, driftstider, effekten til varmepumpen og regulering av temperatur i varmeveksling. Simuleringsprogrammet IDA ICE på basic nivå er benyttet til å løse den spesifikke energibruken for en konstruert bygningsmodell. Bygningsmodellen med systeminndeling og tilhørende tiltak har fem ulike oppbygninger. Microsoft Office Excel ark er benyttet for framstilling av grafer for LMTD og temperaturforløpet etter varmegjenvinner i ventilasjonsaggregatet. IDA ICE advanced nivå er benyttet for å simulere mengderegulert krets og temperaturregulert krets. Excel ark er benyttet for nåverdi beregning og følsomhetsanalyse. Fra simuleringene er det hentet verdier til beregninger av varmepumpens COP og EER For sykehus har Teknisk forskrift 10 satt 300 kWh/m² som øvre grense for spesifikk energibruk. I Passivhus standard NS3700 og NS3701 er det 180 kWh/m² som er krav for kategorien og i energimerkeordningen er det 179 kWh/m² som er krav for å komme i klasse A. Animasjon av bygningskroppen viste at rom med flest vinduer hadde størst varmetap. Grunnvarmepumpen har størst varmehenting i vinterhalvåret mens i sommerhalvåret er det veksling av varmelagring og varmehenting. Ved å gjennomføre tiltak blir den spesifikke energibruken lav og fra å starte med en energisimulering på 312 kWh/m² til å ende opp med mest energisparende tiltaket på 107 kWh/m². For å beregne om investeringen er lønnsom ble besparelsen mellom det minst gunstige tilfellet og mest gunstige tilfellet fra simuleringene lagt til grunn i nåverdiberegningen. Nåverdien var positiv. Logaritmisk middeltemperaturdifferanse over ventilasjonsbatteriet var 34 grader ved 12 grader etter gjenvinner. Simuleringer av mengde regulert krets og temperaturregulert krets med samme krav på mottagerside viste at avgitt effekt fra krets med kjel ved temperaturregulert krets var lavere enn ved mengderegulert krets. Den temperaturregulerte kretsen har gjennomsnittlig høyere temperatur på vannet i kjel. Start temperaturen ved 60 % gjenvinnings grad etter varmeveksler var på 4 ºC og ved 80 % gjenvinnings grad på 12 ºC. Nåverdien er positiv og følsomhetsanalyse viste lønnsomhet ved å investere med energipris på 0.99 kr med kalkulasjonsrente opp til 35 % . Med energipris på 0,3 kr vil investeringen ikke være lønnsom med kalkulasjonsrente på 3 %. Det beste utfallet av simuleringene ender på 107 kWh/m² og tilfredsstiller TEK 10 forskrifts til energibruk, Passivhusstandard og får karakter A i energimerkeordningen Beregning ved hjelp av nåverdi gir at en varmepumpeløsning vil være en lønnsom investering.
Research project: : Lavenergisykehus.
Supervisor(s): Trond Thorgeir Harsem (HiOA, Norconsult).
Acknowledgements: Norconsult AS (Vidar Havellen, Bernt Børresen); HiOA (Monika Maria Zandecka, Oddbjørn Sjøvold, Knut Skulberg, Line R Karlsen, Ida Bryn, Mads Mysen).

Summary: In ventilation systems that have heat recovery units with a temperature efficiency below the optimal temperature recovery rate, it will always be possible to recover energy, using a heat pump. This thesis looks at the energy gain by using one heat pump per common exhaust shaft for the exhaust air for several demand-controlled ventilation systems with low energy recovery. By dimensioning the heat pumps to recover thermal energy from a partial flow of the total air volume in the shafts, the heat pumps have a long operating time, and at the same time stable operating conditions for the heat pumps even if the exhaust air comes from demand-controlled ventilation systems. By choosing a power level for the heat pumps that is adapted to the basic need for thermal energy, and an evaporator temperature that does not allow frost formation in the evaporator/heat exchanger, a long operating time and good economic conditions for the heat pump solutions are achieved. When the power that the heat pumps extract from the exhaust air from ventilation systems with approximately 55% temperature recovery can be utilized continuously, the result is that the systems’ total energy recovery rate is equivalent to the energy recovery that the ventilation systems would have if they had heat recoverers with 80% temperature recovery. Of the building’s six exhaust shafts with a common exhaust from several demand-controlled ventilation systems, it has been chosen to use heat pumps to extract energy from five of the exhaust shafts, with one heat pump per exhaust shaft. Each heat pump has a size of 40 kW, which gives five equal systems. By recovering energy from less than half of the nominal air volume in the shafts, with a ΔTair = 5 K, the power requirement for hot water can be supplied by heat pumps from the exhaust shaft, and during periods when the building needs thermal power, some of this power requirement can also be covered by the heat pumps. An increase in the output of the heat pumps does not have an equivalent energy efficiency gain, as the energy that can be delivered is limited by the instantaneous need for thermal effect. By placing the heat exchanger/evaporator freestanding inside the exhaust shafts, the risk of downtime of the ventilation systems is avoided, while the heat pump installation provides a small increase in the total pressure drop of the ventilation systems.
Norsk sammendrag: I ventilasjonssystemer som har varmegjenvinnere med temperaturvirkningsgrad under optimal temperaturgjenvinningsgrad vil det alltid være mulig å gjenvinne energi, med bruk av varmepumpe. I denne oppgaven er det sett på energigevinsten ved å bruke én varmepumpe per felles avkastsjakt for avkastluften for flere behovstyrte ventilasjonssystemer med lav energigjenvinning. Ved å dimensjonere varmepumpene for å gjenvinne termisk energi fra en delstrøm av den totale luftmengden i sjaktene, får varmepumpene en lang driftstid, og samtidig stabile driftsforhold for varmepumpene selv om avkastluften kommer fra behovstyrte ventilasjonsanlegg. Ved å velge et effektnivå på varmepumpene som er tilpasset grunnbehovet til termisk energi, og en fordampertemperatur som ikke gir mulighet for frostdannelse i fordamper/ varmeveksler, oppnås det en lang driftstid og gode økonomiske betingelser for varmepumpeløsningene. Når effekten varmepumpene henter ut fra avkastluften fra ventilasjonssystemer med ca 55 % temperaturgjenvinning kan utnyttes kontinuerlig, resulterer det i at systemenes totale energigjenvinningsgrad blir ekvivalent med energigjenvinningen ventilasjonssystemene ville hatt om de hadde varmegjenvinnere med 80 % temperaturgjenvinning. Av byggets seks avkastsjakter med felles avkast fra flere behovstyrte ventilasjonssystemer, er det valgt å bruke varmepumper for å hente ut energi fra fem av avkastsjaktene, med én varmepumpe per avkastsjakt. Hver varmepumpe har en størrelse på 40 kW, som gir fem like systemer. Ved å gjenvinne energi fra under halvparten av nominell luftmengde i sjaktene, med en ΔTluft = 5 K, kan effektbehovet til varmt vann forsynes av varmepumper fra avkastsjakten, og i perioder med behov for termisk effekt til bygget, vil noe av dette effektbehovet også kunne dekkes av varmepumpene. En økning av effekten på varmepumpene har ikke en ekvivalent eneregigevinst, da energien som kan leveres er begrenset av det momentane behovet for termisk effekt. Ved å plassere varmeveksleren/ fordamperen frittstående inne i avkastsjaktene unngås risiko for driftsstans av ventilasjonssystemene, samtidig som varmepumpeinstallasjonen gir liten økning i totaltrykkfallet til ventilasjonssystemene.
Supervisor(s): Leif Sverre BOLAND (Hjellnes Consult AS, HiOA).
Acknowledgements: Hjellnes Consult AS.

Summary: This thesis deals with the assessment of current and future energy demand in Hov junior high school in Ringerike municipality. Today the building’s energy demand is relatively high, therefore the municipality wants to invest in measures to reduce energy consumption and improve indoor air quality in the building. Most of the input data to be used in energy calculations for the building was unknown. The required U-values for different parts of the building were calculated by the methods given in Norwegian standards. Unavailable values during execution of the task was determined from national sources and the undersigned assumptions. Energy requirements were calculated both manually by the methods given in NS 3031 and using SIMIEN. Also, the measured energy consumption for heating in the past three years, adjusted for degree days figure. The building has been simulated through 3 different cases and the total was simulated 18 different scenarios. In addition, all scenarios were simulated with indoor climate actions in relation to the indoor climate. The reduction in energy requirements for measures are varied. Today’s calculated energy demand is 189.5 kWh/(m². Year) and the indoor climate is unsatisfactory. With the four proposed measures are again calculated energy 78.3 kWh/ (m². Year). The indoor climate is expected to remain unsatisfactory. To obtain a satisfactory indoor climate was proposed indoor climate measures. It was run additional simulations to study the effect of these measures. Simulation results show a satisfactory CO ₂ – level, satisfying the operative temperature in winter, but still unsatisfactory in summer. Energy requirements with indoor climate measures in addition to the four proposed measures is increased to 90.5 kWh/(m². Year). The profitability of the measures in terms of energy saving is economically evaluated. The results of the Feasibility analysis is difficult, because of inaccurate background material for installation of new ventilation units. The evaluation of measures should be taken into account, satisfactory indoor air quality and health in profitability considerations. After an overall assessment of indoor climate and energy requirment, recommended new ventilation units, solar shading system, extra insulation of external walls, improve warming system and new windows.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven omhandler vurdering av nåværende og framtidig energibehov på Hov ungdomsskole i Ringerike kommune. I dag er bygningens energibehov relativt høyt, derfor ønsker kommunen å investere i tiltak for å redusere energibehovet og bedre inneklimaet i bygget. Det meste av nødvendige inndata som skal benyttes ved energiberegninger for bygningen var ukjent. De nødvendige U- verdier for ulike bygningsdeler er beregnet etter metodene gitt i Norske Standarder og NBI- blader. Utilgjengelige verdier under utførelse av oppgaven er bestemt ut fra nasjonale kilder og undertegnedes antagelser. Energibehovet er beregnet både manuelt etter metodene gitt i NS 3031:2007 og ved hjelp av SIMIEN. Dessuten er målt energiforbruk til oppvarming og ventilasjon de siste 3 årene korrigert for graddagstallet. Bygningen er blitt simulert gjennom 3 ulike caser, og totalt er det simulert 18 ulike scenarier. I tillegg er det utført simuleringer for alle scenariene med inneklimatiltak i forhold til inneklimaet. Reduksjonen i energibehovet etter enkelttiltak er varierte. Dagens beregnet energibehov er 189.5 kWh/(m².år) og inneklimaet er utilfredstillende. Med de 4 foreslåtte tiltakene er nytt beregnet energibehov 78,3 kWh/(m².år). Inneklimaet forventes fortsatt å være utilfredstillende. For å få et tilfredstillende inneklima er det foreslått inneklimatiltak. Det er kjørt ytterligere simuleringer for å studere effekten av disse tiltakene. Simuleringsresultatene viser tilfrestillende CO₂– nivå, tilfredstillende operativ temperatur i vinterforhold, men fortsatt utilfredstillende operativ temperatur i sommerforhold. Energibehovet med inneklimatiltak i tillegg til de 4 foreslåtte tiltakene er økt til 90,5 kWh/(m².år). Lønnsomheten av tiltakene i forhold til energibesparelse er vurdert økonomisk. Resultatene av den økonomiske lønnsomhetsanalysen er vanskelig, grunnen er unøyaktige bakgrunnsmateriale for installering av nye ventilasjonsaggregater. Ved vurdering av tiltak bør det tas hensyn til energibruk, tilfredsstillende inneklima og helse i lønnsomhetsbetraktninger. Etter en totalvurdering av både inneklima og energibehov anbefales nytt ventilasjonsanlegg, solavskjermingssystem, etterisolering av yttervegger, forbedre oppvarmingssysem og nye vinduer.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (HiOA).
Acknowledgements: Ringerike kommune (Roger Sørslett, Eduardo N. Lagos-Romero, Arne Erik Myhra); HiOA (Oddbjørn Sjøvold, Øystein Andersen, Marius Lysebo); SINTEF Byggforsk (Peter Schild); Bryn Byggklima AS.

Summary: With the new level of ambition set by the government in White Paper 21 on passive house level in 2015 and nearly zero energy level in 2020, the industry is now forced to look more closely at measures to reduce energy demand in buildings. There is a large energy saving potential for ventilation systems, and this can be achieved, among other things, by using demand-driven ventilation and making the right choices during design. For economic reasons, planning and designing ventilation systems should preferably be done quickly, and this can affect important details that contribute to optimizing a ventilation system. It is therefore crucial that focus is directed towards crucial parameters, in order to achieve a ventilation system with energy-optimal operation. To ensure that the critical choices are not too time-consuming to make, a simple calculation model should be developed. This model should require few input parameters, which provide the best solutions based on realistic values. Before such a calculation model can be developed, there is a need to identify which parameters are important to implement, as well as obtain documentation of actual performance from demand-controlled ventilation systems. This project has therefore aimed to map these parameters and provide suggestions for values ​​that can be used in SFP calculations in the new revision of NS 3031, Appendix H [5]. Measurements have been carried out at three office buildings and one school building, where all the buildings have different forms of demand control. Difficulties in forcibly controlling ventilation systems in different operating positions led to measurements being taken at three operating positions in one building, at two operating positions in one building and at one operating position in two buildings. The systems used in these buildings are from Lindinvent, Swegon’s WISE system, Digital Demand-Adapted Ventilation (DBV) and pressureless control from SIEMENS/Johnson Control. External pressure drops, pressure build-up and control pressure have been measured using a micromanometer. In demand-controlled systems, the critical path changes, in contrast to systems with constant air volumes where the location remains constant. In order to try to find the control pressure in the systems, pressure has been measured at various valves. To determine the external pressure drop, it has been measured on each side of the unit on the supply and exhaust sides. In order to determine the flow conditions in the units, pressure drop has been measured across each of the components at various air volumes. The air volumes were calculated from pressure drop and temperature measurements at the fan inlet (venturi), and at all branch dampers where no pressure outlet was installed at the venturi. At some valves, the air volume was measured using a thermal anemometer for speed measurement. The power was measured with a three-phase network analyzer (three-wattmeter method), as well as a power analyzer (with the wattmeter method) for measurement at the unit’s control current. All measured values ​​have been corrected for deviations specified in the instruments’ calibration certificates, as well as the dimensions and shape of the ducts. Measurement uncertainty has also been calculated with respect to the uncertainty of the instruments and methods. Flow exponents have been calculated as the slope of the ratio between pressure drop across components and the air volume passing through. The air volume measurements over the fans have been calculated according to the manufacturers’ specified formulas and constants, and air leakage in the clean-blow sector has been calculated according to the method given by Eurovent [6]. The SFP values ​​have been calculated as the ratio between the measured power of the supply and extract fans and the largest air volume of the supply and extract air. Theoretical calculation of SFP has been made according to the draft revision of NS 3031, Appendix H. In mapping parameters for a simple calculation model, it has been highlighted that LCC analysis can be a useful tool for comparing alternative solutions. Literature has been presented for different parameters to determine what impact they have on the energy requirement, and how they will fit into the current calculation model. Furthermore, it has been determined which parameters will be able to account for variations in the energy requirement and which will remain constant for different control systems. In the measurements at the various buildings, differences between measured and registered air volumes have been examined in more detail to substantiate the measured values, and the order of magnitude of how much air leaks through the clean-blowing sector may amount to has been presented. Calculated SFP values ​​based on measured values ​​are presented to be able to compare with calculations carried out according to formulas presented in the draft of Appendix H. Measured control pressures are seen in the context of simultaneity, and for one of the buildings are also compared with what has been registered through the facility’s overview program. Furthermore, results from measured external pressure drops and pressure build-up over the fans are presented, which have formed the basis for calculating the dimensioning external pressure drops and control pressures for the calculation model. In order to find a recommended flow exponent for the ventilation units, flow conditions over each of the components have been studied, as well as flow conditions for respectively.
Norsk sammendrag: Med det nye ambisjonsnivået regjeringen har satt i Stortingsmelding 21 om passivhusnivå i 2015 og nesten nullenerginivå i 2020, er bransjen nå nødt til å se nærmere på tiltak for å redusere energibehovet i bygg. Det er et stort energisparepotensiale for ventilasjonsanlegg, og dette kan oppnås blant annet ved å benytte behovsstyrt ventilasjon og gjøre riktige valg under prosjektering. Av økonomiske hensyn skal planlegging og prosjektering av ventilasjonsanlegg helst skje raskt, og dette kan gå ut over viktige detaljer som er med på å optimalisere et ventilasjonsanlegg. Det er dermed avgjørende at det rettes fokus mot avgjørende parametere, for å oppnå et ventilasjonsanlegg med energioptimal drift. For å gjøre at de kritiske valgene ikke blir for tidkrevende å ta, bør det utarbeides en enkel beregningsmodell. Denne modellen bør kreve få inndataparametere, som gir de beste løsningene basert på realistiske verdier. Før en slik beregningsmodell kan utvikles, er det behov for å finne fram til hvilke parametere som er viktige å implementere, samt innhente dokumentasjon av virkelige ytelser fra behovsstyrte ventilasjonsanlegg. Dette prosjektet har dermed gått ut på å kartlegge disse parameterne og gi forslag til verdier som kan benyttes i SFP-beregning i ny revisjon av NS 3031, Tillegg H [5]. Det er utført målinger ved tre kontorbygg og ett skolebygg, hvor alle byggene har ulike former for behovsstyring. Vanskeligheter med å tvangsstyre ventilasjonsanlegg i ulike driftsstillinger førte til at det ved ett bygg ble målt ved tre driftsstillinger, ett ved to driftsstillinger og to bygg ved én driftsstilling. Systemene som benyttes i disse byggene er fra Lindinvent, Swegons WISE-system, Digitalt Behovstilpasset Ventilasjon (DBV) og trykkløs styring fra SIEMENS/Johnson Control. Det er målt eksterne trykkfall, trykkoppbygning og reguleringstrykk ved bruk av mikromanometer. I behovsstyrte anlegg endrer kritisk vei seg, i motsetning til anlegg med konstante luftmengder hvor plasseringen forholder seg konstant. For å forsøke å finne reguleringstrykket i anleggene, er det målt trykk ved ulike ventiler. For å bestemme det eksterne trykkfallet, er det målt på hver side av aggregatet på tillufts- og avtrekkssiden. For å kunne bestemme strømningsforholdene i aggregatene, er det målt trykkfall over hver av komponentene ved ulike luftmengder. Luftmengdene ble beregnet fra trykkfalls- og temperaturmåling ved viftenes innløp (venturi), og ved samtlige grenspjeld der det ikke var montert trykkuttak ved venturi. Ved enkelte ventiler ble luftmengden målt ved bruk av termisk anemometer for hastighetsmåling. Effekten ble målt med en tre-fase-nettanalysator (trewattmetermetoden), samt en effektanalysator (med wattmetermetoden) for måling ved aggregatets styrestrøm. Alle målte verdier er korrigert for avvik spesifisert i instrumentenes kalibreringsbevis, samt kanalenes dimensjon og form. Det er også beregnet måleusikkerhet med hensyn til instrumentenes og metodenes usikkerhet. Strømningseksponenter er beregnet som stigningstallet for forholdet mellom trykkfall over komponenter og luftmengden som passerer. Luftmengdemålingene over viftene er beregnet etter produsentenes angitte formler og konstanter, og luftlekkasje i renblåsningssektor er beregnet etter metode gitt av Eurovent [6]. SFP-verdiene er beregnet som forholdet mellom målt effekt ved tillufts- og avtrekksvifte og største luftmengde av tilluft og avtrekk. Teoretisk beregning av SFP er gjort i henhold til utkast til revisjon av NS 3031, Tillegg H. I kartlegging av parametere til enkel beregningsmodell er det belyst at LCC-analyse kan være et nyttig verktøy for å sammenligne alternative løsninger. Det er presentert litteratur for forskjellige parametere for å komme fram til hvilken innvirkning de har på energibehovet, og hvordan de vil passe inn i den aktuelle beregningsmodellen. Videre er det bestemt hvilke parametere som vil kunne utgjør variasjoner i energibehovet og hvilke som vil holde seg konstante for ulike styresystem. I målingene ved de ulike byggene er det sett nærmere på forskjeller mellom målte og registrerte luftmengder for å underbygge de målte verdiene, og det er presentert størrelsesorden av hvor mye luftlekkasjene gjennom renblåsningssektoren kan utgjøre. Beregnede SFP-verdier basert på målte verdier er presentert for å kunne sammenligne med beregninger utført i henhold til formler presentert i utkastet av Tillegg H. Målte reguleringstrykk sees i sammenheng med samtidigheten, og blir for ett av byggene også sammenlignet med hva som er registrert gjennom anleggets oversiktsprogram. Videre er resultater fra målte eksterne trykkfall og trykkoppbygning over viftene presentert, som har dannet grunnlaget for å beregne dimensjonerende eksterne trykkfall og reguleringstrykk for beregningsmodellen. For å finne fram til en anbefalt strømningseksponent for ventilasjonsaggregatene er det studert strømningsforhold over hver av komponentene, samt strømningsforhold for henholdsvis tillufts- og avtrekkssiden. Som en del av argumentasjonen for beregningsmodellen er det presentert resultater for trykkoppbygning for hver av viftene og fordeling av trykkfall i aggregat og kanalsystem, samt grafisk framstilling av målte og beregnede SFP-verdier. Parameterne som foreslås for en enkel beregningsmodell for valg som resulterer i lavere energibehov for ventilasjonsanlegg er: LCC-analyse for oversiktlig sammenligning av løsninger hvor parameterne som vil variere er samtidighet og tilstedeværelse for bestemmelse av luftmengder, oppvarming og kjøling av tilluft og varmegjenvinning fra avtrekksluft for å kunne se reduksjon i energi til klimatisering av tilluft. Systemeffekten bør medregnes for å ta hensyn til økt energibehov når det ikke sikres fullt utviklet strømningsforhold i kanal før og etter aggregat. Årsgjennomsnittlig SFP bør også inngå, hvor viftens virkningsgrad påvirkes av blant annet viftenes størrelse i forhold til mest opptredende driftspunkt, og hvor beregning av trykkoppbygningen vil avhenge av blant annet valgt styresystem. Behovsstyringssystemene vil kunne gi forskjellig energibehov, ved at enkelte systemer vil kunne tilpasse luftmengdene bedre i forhold til behovet enn andre. Her bør det utføres forsøk som kan gi svar på hva forskjellene i luftmengdene er for ulike systemer. Dette forskningsprosjektet har ikke hatt som mål å gi svar på dette spørsmålet. For revisjon av NS 3031, Tillegg H, foreslås følgende inndata basert på utførte målinger ved fire bygg:
• Reguleringstrykk ved behovsstyring av luftmengdetilførsel: 100 Pa.
• Dimensjonerende eksternt trykkfall på enten tilluft- eller avtrekksside: (i) Kanalsystem med utforming som er med på å gi lavt trykkfall: 250 Pa, (ii) Kanalsystem hvor det av praktiske hensyn ikke kan garanteres slik utforming: 350 Pa.
• Strømningseksponent i ventilasjonsaggregat: n=1.4
Det oppfordres til slutt å innhente ytterligere dokumentasjon fra andre behovsstyrte ventilasjonsanlegg, for å finne ut om verdiene som her er foreslått vil passe for andre bygg. Det anbefales også å se på alternative måter å lokalisere reguleringstrykket i behovsstyrte ventilasjonsanlegg, og andre løsninger for tvangsstyring av anlegget i ulike driftsstillinger.
Research project: : reDuCeVentilation (Reduced energy use in Educational buildings with robust Demand Controlled Ventilation).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (HiOA, SINTEF).
Acknowledgements: SINTEF Byggforsk (Mads Mysen); HiOA (Øystein Andersen); GK (Bjørn S. Johansen, Jan Erik Nilsen); Swegon (Rolf Sørlie); Saas Prosjekt AS (Pål Hansen, Lars Jørgen Stenvaag); Avantor (Geir Vaagan); Forskningsparken (Gunnar Aslesen); AF Gruppen (Mathias Ødegård).

Summary: Literature and industry experience have shown that daylight and its effect in the room is a major challenge, as the majority of the daylight entering the room is converted into thermal energy, which in turn leads to an increased need for cooling. By studying the relationship between daylight and thermal comfort, it is clear that an integrated design of thermal comfort, daylight and energy is important. A change in one of the parameters can have a major impact on energy use for heating, cooling, ventilation and artificial lighting. To investigate how the real thermal comfort is in a room, compared to how it is modeled, measurements and simulations were made in two buildings, a cell office and a team office, respectively cases 1 and 2. The measurements were made in two stages, with two measurement periods per case. where the following were measured: operational temperature, air temperature, relative humidity, radiant temperature and surface temperatures. The main emphasis is on operational temperature further in the thesis, as this is a good measure of the thermal environment. The simulations were performed in IDA ICE, a simulation tool for evaluating thermal comfort and energy use. When comparing the measured and simulated values, emphasis was placed on: the effort for cooling and heating, air temperature and operational temperature. From the results of the comparisons, it was chosen to focus on case 2 for further work, as case 2 illuminated the problem in the thesis more clearly, while the measured and simulated values ​​​​agreed better. In order to map the strengths and weaknesses of current practice for modeling thermal comfort, emphasis was placed on analyzing the effect that direct solar radiation has on thermal comfort. The variation in the operational temperature in the room was looked at in more detail. Both over time and from one point to another in the room, with special attention to shaded and sun-covered areas. To shed light on the problem, PMV and PPD indices have also been calculated for given situations. The effect that direct sunlight has in a room was clearly evident, and the need for sun shading became clear. The goal of a comprehensive design method that ensures consistency in the results with regard to thermal comfort, daylight and energy led to the development of an algorithm for controlling solar shading. The algorithm is designed to take into account both daylight, in the form of glare, and thermal comfort, with a focus on excess temperature. The part of the algorithm that deals with excess temperature was implemented in IDA ICE, while fellow student Silje Bjørkeng analyzes the daylight issue. To verify the effect of the temperature-controlled solar shading, simulations were run with and without the solar shading algorithm so that changes in thermal comfort and energy use could be mapped. The comparisons between simulated and measured values ​​clearly show the effect that direct solar radiation has on the zone, and the thermal challenges this creates, as large variations in the room can occur. Due to the program’s handling of direct solar radiation, IDA ICE does not register the strong fluctuations in operational temperature that would actually occur in the room under the given conditions. Currently, there is insufficient handling of the effect of direct solar radiation in simulation tools that handle thermal comfort and energy use. In the future, the focus should be on validating a method for treating intense radiation sources, and possibly implementing it in simulation programs. This will make it possible to simulate the effect of direct sunlight clearly in the design process, so that the need for solar shading becomes clearer. Overall, the results from the thesis indicate that a solar shading system should be implemented that is regulated according to actual conditions in the building, both in terms of temperature and daylight. Especially important on sun-exposed facades. The implementation will have a significant impact on both thermal comfort and energy use.
Norsk sammendrag: Litteratur og bransjens erfaring har vist at dagslys og dens effekt i rommet er en stor utfordring, da hoveddelen av dagslyset som kommer inn i rommet blir omdannet til termiskenergi som igjen fører til økt behov for kjøling. Ved å studere sammenhengen mellom dagslys og termisk komfort er det tydelig at det er viktig med et integrert design av termisk komfort, dagslys og energi. En endring i en av parameterne kan ha stor innvirkning på energibruk til varme, kjøling, ventilasjon og kunstig belysning. For å undersøke hvordan den virkelige termiske komforten er i et rom, sammenlignet med hvordan det modelleres, ble det gjort målinger og simuleringer i to bygg, et cellekontor og et teamkontor henholdsvis case 1 og 2. Målingene ble gjort i to etapper, med to måleperioder per case. hvor det ble målt: operativ temperatur, lufttemperatur, relativ fuktighet, strålingstemperatur og overflatetemperaturer. Det er hovedsakelig lagt vekt på operativ temperatur videre i oppgaven, da dette er et godt mål for det termiske miljøet. Simuleringene ble utført i IDA ICE, et simulerings verktøy for å evaluere termisk komfort og energibruk. Under sammenligning av de målte og simulerte verdier ble det lagt vekt på: pådraget til kjøling og oppvarming, lufttemperatur og operativ temperatur. Fra resultatene av sammenligningene velges det å legge fokus på case 2 ved videre arbeid, da case 2 belyste problemstillingen i oppgaven tydeligere, samtidig som de målte og simulerte verdiene stemte bedre overens. For å kartlegge styrker og svakheter i dagens praksis for modellering av termisk komfort, ble det lagt vekt på å analysere effekten direkte solinnstråling har på den termiske komforten. Det ble sett nærmere på variasjonen i den operative temperaturen i rommet. Både over tid og fra et punkt til et annet i lokalet, med spesielt hensyn til skygge- og solbelagte områder. For å belyse problemet er det også beregnet PMV- og PPD-indekser for gitte situasjoner. Effekten direkte sollys har i et rom kom tydelig fram, og behovet for solskjerming ble klart. Målet om en helhetlig designmetode som sikrer konsistens i resultatene med tanke på termisk komfort, dagslys og energi førte til utarbeiding av en algoritme for styring av solskjerming. Algoritmen er utformet slik at det tas hensyn til både dagslys, i form av blending, og termiske komforten, med fokus på overtemperatur. Den delen av algoritmen som omhandler overtemperatur ble implementert i IDA ICE, mens medstudent Silje Bjørkeng analyserer dagslys problematikken. For å verifisere effekten av den temperaturstyrte solskjermingen ble det kjørt simuleringer med og uten solskjermingsalgoritmen slik at endringene i den termiske komforten og energibruken kunne kartlegges. Sammenligningene mellom simulerte og målte verdiene viser tydelig den effekten direkte solinnstråling har i sonen, og hvilke termiske utfordringer dette skaper, da det kan oppstå store variasjoner i rommet. På grunn av programmets håndtering av direkte solinnstråling, registrerer ikke IDA ICE de kraftige svingningene i operativ temperatur som i realiteten ville oppstå i rommet ved de gitte forholdene. Per dags dato er det mangelfull håndtering av effekten til direkte solinnstråling i simuleringsverktøy som håndterer termisk komfort og energibruk. I fremtiden burde det fokuseres på å få validert en metode for å behandle intense strålingskilder, og eventuelt implementeres i simuleringsprogram. dermed vil det bli mulig å simulere effekten av direkte sollys tydelig i design prosessen, slik at behovet for solskjerming kommer klarere frem. Totalt sett gir resultatene fra oppgaven et utrykk for at det bør implementeres solskjermings system som reguleres etter faktiske forhold i bygget, både med tanke på temperatur og dagslys. Spesielt viktig på solutsatte fasader. Implementeringen vil ha en betydelig innvirkning på både den termiske komforten og energibruken.
Supervisor(s): Ida BRYN (HiOA, Erichsen & Horgen); Line R. KARLSEN (HiOA).
Acknowledgements: Erichsen og Horgen AS.

Summary: The purpose of the report is to determine whether the power regulation of the heating and cooling system and the heating and cooling battery in the ventilation unit is carried out in an optimal manner. Optimal building automation depends, among other things, on the power regulation of the systems being carried out in a satisfactory manner. The table below provides a brief description of how the heating, cooling and ventilation system at Pilestredet 35 is designed.
• Heating system: Water-borne heating system; District heating supply: Indirect connection / system; Two-pipe radiator system with lower distribution
• Cooling and ice water system: Decentralized cooling: Water cooling unit and ice water tank; Chilled roof
• Ventilation system: Balanced ventilation with multiple units; Water-based heating and cooling batteries; Rotating and liquid-coupled heat exchangers; Zones with CAV and VAV; Stirring ventilation
The district heating system is volume-controlled, while the heating system is temperature-controlled. The power regulation of the cooling and ice water system, the heating coil and the cooling coil is also carried out by temperature regulation. Since the power regulation is not carried out by volume regulation in Pilestredet 35, large pressure variations in the systems are avoided. An SD system is installed in this building. The design of the heating, cooling and ventilation system and the control system in this building mean that there are good opportunities for optimal power regulation to be achieved. Measurements were made of water quantities in the courses to the heating and cooling coil and a heating course. The purpose of the measurements was to find out whether there was hydraulic balance in the courses, which is a prerequisite for the power regulation to be carried out in an acceptable manner. A TA instrument was used to carry out the measurements, but this measuring instrument was defective and unsuitable for making measurements on the cooling courses. The measurement results are shown in the table below:
Good operating and maintenance routines are an important prerequisite for optimal building automation and power regulation to be maintained over time. The tables below show recommended routines for operation and maintenance and the estimated costs associated with operation and maintenance in 2012.
Recommended routines for operation and maintenance: Inspection of heating, cooling and ventilation systems: 1 time per year; Calibration of instruments: 1 time per year; Venting of radiators: As needed; Adjustment of heating systems: As needed; Cleaning of heating, cooling and ventilation systems: 1 time per year; Replacement of components in heating and cooling systems: Pumps, expansion vessels, control valves and regulators: Every 15 years; Replacement of heat exchangers and heating and cooling batteries: Every 15 years; Replacement of radiators / entire heating systems: Every 30 years.
Cost estimation of operation and maintenance costs:
Ventilation units with rotating heat recovery units should be selected the next time the ventilation units at Pilestredet 35 are to be replaced. A liquid-coupled heat exchanger has a lower efficiency than a rotating heat exchanger. Choosing a ventilation unit with a rotating heat exchanger will result in a lower load on the heating coil. The limitations of the measuring instrument mean that it is not possible to conclude that the power regulation of the heating, cooling and ventilation system at Pilestredet 35 is taking place in an optimal manner. The measurements that have been carried out nevertheless give a good indication that there are no serious errors in the power regulation. The calculated water volume in the heating circuit is close to the measured value and the circuit to the cooling coil receives a larger volume of water than the circuit to the heating coil. It is recommended that the measurements be carried out again at a later date to determine whether the power regulation is taking place in an optimal manner. A new TA instrument will provide reliable results that can be compared with the measurements that have already been carried out. It will also be possible to carry out the measurements over a longer period of time when the TA instrument is able to log / store results. The stability of the systems can then be examined and it can be investigated whether it is prudent to use a PI controller rather than a PID controller. If there is little need for short-term amplification, it will be possible to opt out of the derivative controller.
Norsk sammendrag: Rapportens hensikt er å finne ut om effektreguleringen av varme og kjøleanlegget og varme og kjølebatteriet i ventilasjonsaggregatet foregår på en optimal måte. Optimal byggautomasjon avhenger blant annet av at effektreguleringen av anleggene foregår på en tilfredsstillende måte. Tabellen nedenfor gir en kortfattet beskrivelse av hvordan varme, kjøle – og ventilasjonsanlegget i Pilestredet 35 er utformet.
• Varmeanlegg: Vannbårent varmeanlegg; Fjernvarmeforsyning: Indirekte innkobling / system; Torørs – radiatorsystem med nedre fordeling
• Kjøle– og isvannsanlegg: Desentralisert kjøling: Vannkjøleaggregat og isvannstank; Kjøletak
• Ventilasjonsanlegg: Balansert ventilasjon med flere aggregater; Vannbaserte varme og kjølebatterier; Roterende og væskekoblede varmegjenvinnere; Soner med CAV og VAV; Omrøringsventilasjon
Fjernvarmeanlegget er mengderegulert, mens varmeanlegget er temperaturregulert. Effektreguleringen av kjøle – og isvannsanlegget, varmebatteriet og kjølebatteriet foregår også ved temperaturregulering. Siden effektreguleringen ikke foregår ved mengderegulering i Pilestredet 35, unngås store trykkvariasjoner i anleggene. Et SD – anlegg er installert i denne bygningen. Utformingen av varme – kjøle og ventilasjonsanlegget og reguleringssystemet i denne bygningen gjør at det er gode muligheter for at optimal effektregulering kan oppnås. Det ble foretatt målinger av vannmengder i kursene til varme – og kjølebatteriet og en varmekurs. Hensikten med målingene var å finne ut om det var hydraulisk balanse i kursene, noe som er en forutsetning for at effektreguleringen foregår på en akseptabel måte. Et TA – instrument ble benyttet til å gjennomføre målingene, men dette måleinstrumentet var defekt og uegnet til å foreta målinger på kjølekursene. I tabellen under vises måleresultatene:
Gode drifts – og vedlikeholdsrutiner utgjør en viktig forutsetning for at optimal byggautomasjon og effektregulering skal kunne opprettholdes over tid. Tabellene nedenfor viser anbefalte rutiner for drift og vedlikehold og de estimerte kostnadene knyttet til drift og vedlikehold i 2012.
Anbefalte rutiner for drift og vedlikehold: Inspeksjon av varme, kjøle og ventilasjonsanlegg: 1 gang hvert år; Kalibrering av instrumenter: 1 gang hvert år; Lufting av radiatorer: Etter behov; Innregulering av varmeanlegg: Etter behov; Renhold av varme, kjøle og ventilasjonsanlegg: 1 gang hvert år; Utskifting av komponenter i varme – og kjøleanlegg: Pumper, ekspansjonskar, reguleringsventiler og regulatorer: Hvert 15. år; Utskiftning av varmevekslere og varme – og kjølebatterier: Hvert 15. år; Utskiftning av radiatorer / hele varmeanlegg: Hvert 30. år.
Kostnadsestimering av drifts og vedlikeholdsutgifter:
Ventilasjonsaggregater med roterende varmegjenvinnere burde velges neste gang ventilasjonsaggregatene i Pilestredet 35 skal skiftes ut. En væskekoblet varmegjenvinner har lavere virkningsgrad enn en roterende varmegjenvinner. Ved å velge et ventilasjonsaggregat med roterende varmegjenvinner vil det medføre at belastningen på varmebatteriet blir mindre. Måleinstrumentets begrensninger gjør at det ikke er mulig å konkludere med at effektreguleringen av varme, kjøle – og ventilasjonsanlegget i Pilestredet 35 foregår på en optimal måte. Målingene som har blitt gjennomført gir allikevel en god indikasjon på at det ikke foreligger alvorlige feil ved effektreguleringen. Den beregnede vannmengden i varmekursen er nær den målte verdien og kursen til kjølebatteriet mottar større vannmengde enn kursen til varmebatteriet. Det anbefales at målingene gjennomføres på nytt ved et senere tidspunkt for å avgjøre om effektreguleringen foregår på en optimal måte. Et nytt TA – instrument vil gi pålitelige resultater som kan sammenlignes med målingene som allerede har blitt gjennomført. Det vil også være mulig å gjennomføre målingene over en lengre tidsperiode når TA – instrumentet klarer å logge / lagre resultater. Stabiliteten til anleggene kan da undersøkes og det kan undersøkes om det er forsvarlig å benytte en PI – regulator framfor en PID – regulator. Hvis det er lite behov med kortvarige forsterkninger, vil det være mulig å velge bort derivatregulatoren.
Supervisor(s): Erling BØE (HiOA).
Acknowledgements: HiOA (Knut R. Skuberg, Øystein Andersen).

Summary: Energy use in households and service industries has had a flat development from 1996 to 2009, after many years of growth. The explanations behind this are, among other things, a warmer climate, higher power prices, heat pumps and more energy-efficient buildings. Electricity covers over 80 percent of the total energy use in buildings. For an office building built according to the Building Technical Regulations (TEK 07), the energy use of a ventilation system accounts for approximately 40% of the total net energy use. Here, the energy requirement for fans can account for 15-20%. Calculations have been made that show that with demand-controlled ventilation, energy use can be reduced to 23%. In the future, it is expected that new building regulations will lead to further reductions in energy use. A system with a constant air supply is called constant air volume (CAV), while a system with a variable air volume is called variable air volume (VAV) or demand controlled ventilation (DCV). Demand control is a collective term for both CAV, VAV and DCV, as long as you have a control that varies the air flow. VAV or DCV can be regulated in several ways, including pressure control, air flow control and damper position control. With pressure control, the fans work to maintain a constant pressure in the ducts. Zone dampers for supply air and exhaust air are regulated internally with sensors from the corresponding room/zone. With airflow control, the fans are controlled by airflow measurements in the branch dampers. Branch dampers receive information about the desired air flow from the underlying zone dampers (maximum or minimum position), sum these and regulate themselves until the desired air flow is achieved. The fans receive information from all branch dampers and regulate the speed accordingly. With damper position control, there are several solutions. Dampers that can regulate between minimum and maximum air flow are used for each zone/room. The air flow rate is reported as a reference value to the fans, which then regulate. The design of the ventilation system makes it possible to reduce the energy requirement. The choice of fan motor, fan, pressure drop in the duct network affects the power requirement of the ventilation system. The ratio between the specific fan power [kW] and the ventilation rate [m³/h] is called a specific fan capacity, SFP (Specific Fan Power) [kW/(m³/s)]. TEK 10 sets requirements and the Norwegian standard, “Calculation of building energy performance” (NS 3031), describe how to calculate SFP during normal operation, outside operating hours or VAV. Energy efficiency of VAV and DCV systems changes at different operating modes. Curves given in a diagram developed by Public Interest Energy Research (PIER) show different gradations of efficiency at reduced air flows. The purpose of the assignment was to provide guidelines for SFP to ensure a well-functioning, energy-optimized and demand-controlled system in the entire operating area. By performing measurements at up to three different operating modes on four existing ventilation systems with different demand control, a basis was obtained for comparing the different systems in a case study. Here, calculation of SFP and comparisons in a diagram for system efficiency developed by PIER were used. In addition, an interpretation of TEK10 and NS 3031, uncertainty in parameters when calculating SFP, comparison of four different measuring instruments for effect, calculated values ​​compared against the SD system values, an economic compensation model for deviations between requirements and results, a short questionnaire survey and a mapping of harmonic disturbances from the electrical part of the ventilation system were made. The starting point for the calculations is the formula for SFP. This consists of two parts in carrying out the measurements; air flow measurement and measurement of supplied electrical power. SFP = ΣP/(V/3600) [kW/(m³/s)], P is the sum of the fan power for all exhaust and supply air fans in kW, while V is the largest ventilation air volume of supply air and exhaust in m³/h. To measure air volumes, differential pressure measurement over venturi in supply air and exhaust or branch dampers has been used, in addition to temperature measurement for correction of air density. The corresponding k-value and formula had to be found from the manufacturer. To find the largest air volume, the leakage air volume in rotating heat exchangers has been measured and subtracted from the exhaust air volume. When measuring fan power on a three-phase network, four measuring instruments have been used for comparison: Brymen BM155, Elcontrol Nanovip, Fluke 43 and Charvin Arnoux CA8334. Here the two-wattmeter method is used with three single-phase measuring instruments and user guidance from CA 8334, a three-phase network analyzer. The measuring point is before the frequency converter. Partial harmonics are also measured with CA 8334. After the measurement, the instruments were calibrated and the BM155 could not be used further due to inaccurate measurements.
Results / Discussion: At Forskingsparken and Nydalen VGS, measurements have been made at one operating position. It was too resource-intensive to change the systems to other positions. Therefore, nothing can be said about the system efficiency of these two systems. Aibel is at a point between normal and poor, which can occur at plants.
Norsk sammendrag: Energibruken i hushaldningar og tenesteytande næringar har hatt ein flat utvikling frå 1996 til 2009, etter mange år med vekst. Forklaringa bak er blant anna varmare klima, høgare kraftprisar, varmepumper og meir energieffektive bygningar. Elektrisitet dekkjer over 80 prosent av den samla energibruken i bygg. For eit kontorbygg bygd etter Byggteknisk Forskrift (TEK 07) utgjer energibruken til eit ventilasjonsanlegg ca 40% av den totale netto energibruken. Her kan energibehovet til vifter utgjere 15-20%. Det er gjort berekningar som viser at ved behovsstyrt ventilasjon kan energibruken reduserast til 23%. I framtida forventar ein at nye byggeforskrifter vil føre til ytterligare reduksjon i energibruk. Eit anlegg med konstant lufttilførsel vert kalla constant air volume (CAV), medan anlegg med variabel luftmengde vert kalla variable air volume (VAV) eller demand controlled ventilation (DCV). Behovsstyring er ei samlebetegnelse på både CAV, VAV og DCV, så lenge ein har ei styring som varierer luftmengda. VAV eller DCV kan regulerast på fleire måtar, blant anna trykkregulering, luftmengde¬regulering og spjeldposisjonsregulering. Ved trykkregulering arbeidar viftene for å oppretthalde eit konstant trykk i kanalane. Sonespjeld for tilluft og avtrekk vert regulert internt med sensor frå tilhøyrande rom/sone. Ved Luftmengde¬regulering vert viftene styrt av luftmengdemålingar i greinspjelda. Greinspjeld får informasjon om ønska luftmengde frå underliggjande sonespjeld (maks eller minimumstilling), summerar desse og regulerar seg til ønska luftmengde er oppnådd. Viftene får informasjon frå alle greinspjeld og regulerar hastigheita deretter. Ved spjeldposisjonsregulering finnest det fleire løysningar. Spjeld som kan regulere mellom minimum og maks luftmengde nyttast ved kvar sone/rom. Luftmengda vert meldt som referanseverdi til viftene som regulerar deretter. Utforminga av ventilasjonsanlegget gjer det mogelig å få ned energibehovet. Val av viftemotor, vifte, trykkfall i kanalnett påverkar effektbehovet til ventilasjonsanlegget. Forholdet mellom den spesifikke vifteeffekten [kW] og ventilasjonsmengda [m³/h] kallar ein spesifikk viftekapasitet, SFP (Specific Fan Power) [kW/(m³/s)]. TEK 10 set krav og Norsk standard, ”Beregning av bygningers energiytelse” (NS 3031), beskriv korleis ein skal berekne SFP ved normal drift, utanfor driftstid eller VAV. Energieffektivitet ved VAV- og DCV-anlegg endrar seg ved ulike driftsstillingar. Gitte kurver i eit diagram utvikla av Public Interest Energy Research (PIER) viser ulike graderingar av effektivitet ved reduserte luftmengder. Hensikta med oppgåva var å grunngi retningslinjer til SFP for å sikre eit velfungerande, energioptimalt og behovsstyrt anlegg i heile driftsområdet. Ved å utføre målingar ved opptil tre ulike driftsstillingar på fire eksisterande ventilasjonsanlegg med ulik behovsstyring, fekk ein grunnlag til å samanlikne dei ulike anlegga i ein casestudie. Her er det nytta utrekning av SFP og samanlikningar i eit diagram for systemeffektivitet utvikla av PIER. I tillegg er det gjort ei tolking av TEK10 og NS 3031, usikkerheit i parameterar ved utrekning av SFP, samanlikning av fire ulike måle¬instrument for effekt, berekna verdiar samanlikna mot SD anleggets verdiar, ein økonomisk kompen¬sasjons¬modell for avvik mellom krav og resultat, kort spørjeundersøking og ei kartlegging av harmoniske forstyrringar frå den elektriske delen av ventilasjons¬anlegget. Utgangspunktet for berekningane er formelen for SFP. Denne består av to deler i utføring av målingane; luftmengdemåling og måling av tilført elektrisk effekt. SFP = ΣP/(V/3600) [kW/(m³/s)], P er summen av vifteeffekten for alle avtrekks- og tilluftsvifter i kW, medan V er den største ventilasjonsluftmengda av tilluft og avtrekk i m³/h. For å måle luftmengder er det nytta diffrensialtrykkmåling over venturi i tilluft og avkast eller greinspjeld, i tillegg til temperatur¬måling for korrigering av luftas densitet. Tilhøyrande k-verdi og formel måtte då finnast hjå produsenten. For å finne største luftmengde er lekkasjeluftmengde i roterande varmevekslar målt og trekt i frå avkastluftmengda. Ved måling av vifteeffekt på trefase nett er det nytta fire måleinstrument for samanlikning: Brymen BM155, Elcontrol Nanovip, Fluke 43 og Charvin Arnoux CA8334. Her er towattmeter¬metoden nytta ved tre einfase måleinstrument og brukarrettleiing frå CA 8334, ein trefase nettanalysator. Målepunkt er før frekvens-omformar. Der er her også målt del harmoniske med CA 8334. Etter måling vart instrumenta kalibrerte og BM155 kunne ikkje nyttast vidare grunna for unøyaktige målingar.
Resultat / Drøfting: Ved Forskingsparken og Nydalen VGS har det vorte målt ved ei driftsstilling. Det var for ressurskrevjande å endra anlegga til andre stillingar. Ein kan difor ikkje seie noko om systemeffektiveteten til desse to anlegga. Aibel ligg med eit punkt mellom normal og dårlig, noko som kan oppstå på anlegg med trykkstyring. GK bygget ligg med tre målingar (eine ved full drift). I følgje forklaringa i Technical Note AIVC TN65 er dette det beste ein kan oppnå sidan anlegget er mindre ein 15 kW. Usikkerheit knytt til målingane og utregning av SFP viser at der ein måler fleire gonger vil usikkerheita auke. Størst utfall er der ein måler luftmengder fleire gonger kombinert med lekkasjeluftmengda i reinblåsingssektor. Usikkerheit rekna ut ved målingar har variert mellom 27% – 12%, der den siste har vorte regna ut i frå diffrensialtrykkmåling ved venturi og towattmetermetoden med Nanovip. Samanlikning mellom gjevne luftmengder frå SD anlegg og målte verdiar har ikkje samsvart ved alle anlegg. Effektmålinga mellom dei ulike måle¬instrumenta er heller ikkje like (1-60%). Tida mellom målingane og at ein har forstyrra ventilasjonssystemet med andre målingar er sannsynlegvis årsaka til at målingane har så store avvik. Harmoniske viser i nokre tilfeller bidrag av effekt, men også her er målingane usikre. Med utgangspunkt i diagrammet for systemeffektivitet saman med svar frå spørje¬undersøkinga har det vorte utvikla ein økonomisk kompensasjonsmodell mellom byggherre til utbyggjar eller motsatt. Denne modellen reknar ekstra utgifter eller innsparing av elektrisk energi i heile byggets levetid. Det er då nytta nåverdi, prisen på elektrisk energi og ei forhands¬definert driftstid på anlegget samen med målt SFP ved full drift og ved gjennom¬snittleg drift. Kompensasjons-modellen viser at ved ei betring på SFP frå 2 til 1,5 med normal systemeffektivitet kan oppnå ein økonomisk kompensasjon på 5% av totalkostnad. I spørjeundersøkinga støttar 1 av 6 ein kompensasjons¬modell. NS 3031 set føringar for i driftstid og utanfor driftstid. I driftstid kan ein ta gjennomsnittet av luftmengdene ein tilfeldig (eller ideell) dag og nytte denne som grunnlag for brekningar. Om ein derimot nyttar gjennomsnittet av ei serie driftstillingar i heile driftsområdet (20 – 100% luftmengde) kan ein få dokumentert systemeffektiviteten til anlegget. Det er her ikkje gjort nok målingar til å regne ut denne verdien. Tidlegare studie viser eit avvik mellom berekna verdiar etter NS 3031 og reelle målingar. TEK 10 kan også her då ta omsyn til effektiviteten ved til dømes å fastsetje ein SFP ved full drift og ein ved gjennomsnitt av ei serie målingar.
Konklusjon: Ved måling og utreking av SFP bør ein ha med usikkerheit for målinga. Det er viktig at ein kan halde eit behovsstyrt ventilasjonsanlegg ved ei konstant driftsstilling og at ein har moglegheit til å lett endre driftsstillinga. Ved målingar har denne sannsynlegvis vore ujamn, noko som har ført til usikre effektmålingar. Ein kan difor ikkje seie kva instrument ved effektmåling som gjev dei mest korrekte målingane. Luftmengdemåling bør målast nær eller i ventilasjonsaggregat for å få ned den totale usikkerheita, SD – anlegget oppgjev ikkje alltid rett verdi. Det er også mulig å lage ein økonomisk kompensasjonsmodell, som fremjar lågare energiforbruk, mellom utbyggar og byggherre. Denne casestudien er ikkje retningsgivande for alle behovsstyrte ventilasjonsanlegg, men viser utfordringar og løysingar knytt til fire ventilasjonsanlegg med ulik behovsstyring. Ved å utføre ei praktisk måling med teoretisk grunnlag kan ein formidle informasjon som stimulerar til vidare utgreiing innanfor temaet. Resultata viser at ein bør vidareutvikle TEK10 og NS 3031 mot å fremje meir energieffektive anlegg, dette vert også støtta av prosjektrapportar ”LECO” og ”Energibruk i bygninger”.
Research project: : reDuCeVentilation (Reduced energy use in Educational buildings with robust Demand Controlled Ventilation).
Supervisor(s): Mads MYSEN (HiOA, SINTEF Byggforsk).
Acknowledgements: SINTEF Byggforsk (Peter G. Schild, Mads Mysen); HiOA (Øystein Andersen); GK (Bjørn S. Johansen, Jan Erik Nilsen); Swegon (Rolf Sørlie); Saas Prosjekt AS (Pål Hansen, Lars Jørgen Stenvaag); Avantor (Geir Vaagan); Forskningsparken (Gunnar Aslesen); AF Gruppen (Mathias Ødegård).