Summary: This master’s thesis investigates variations between energy calculations and measured energy use in buildings. The study is based on a case involving three newly constructed public buildings in Bærum municipality: a primary school, a kindergarten, and a nursing home. These buildings were designed and certified according to ambitious energy and environmental standards and are equipped with modern technical systems and central building management systems (BMS). Measurements from the operational phase reveal significantly higher energy consumption than anticipated in the energy calculations. The aim of the study is to identify and explain the causes of the deviations between calculated and actual energy use, as well as to assess potential measures to improve the accuracy of energy calculations and optimize building operations. The research is based on a comparative case design, in which actual energy consumption is analysed and compared with projected values for individual energy end-uses. The analysis is based on data from the BMS, documentation from the design phase, and new simulations in SIMIEN using adjusted input values. A comparison of standard input values in NS 3031:2014 and the updated NS 3031:2025 is also conducted to evaluate whether the revised standards better reflect actual energy consumption. The results consistently show significant deviations, particularly related to heating and cooling. The analysis reveals that several calculation assumptions—such as operation times, setpoint values, and internal loads—do not align with real-world usage. The findings also indicate that climatic data, improper zone segmentation, imprecise representation of technical systems and components, and reliance on standardized input values contribute substantially to the discrepancies. New simulations using adjusted parameters show that although calculated energy use still deviates from measured consumption, the gap is significantly reduced compared to normative calculations. The study concludes that the observed differences between calculated and actual energy use, as derived from calculations based on regulatory requirements in NS 3031:2014, are primarily due to the use of standardized input values that do not reflect the actual usage patterns of the buildings. In addition, deviations and inaccuracies in measurement data from the BMS further amplify the differences. To achieve a more accurate and realistic energy budget, it is necessary to use building-specific empirical data and representative climatic data. While the findings are context-specific, they provide valuable insights into how technical operations and energy calculations can be better aligned in practice.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker avvik mellom energiberegninger og målt energibruk i bygg. Studien tar utgangspunkt i en case av tre nyoppførte formålsbygg i Bærum kommune; en barneskole, en barnehage og et sykehjem. Byggene er prosjektert og sertifisert etter ambisiøse energi- og miljøstandarder, og er utstyrt med moderne tekniske systemer og sentral driftskontroll (SD-anlegg). Målinger fra driftsfasen viser et vesentlig høyere energiforbruk enn det som ble forutsatt i energiberegningene. Formålet med studien er å identifisere og forklare årsaker til avvik mellom beregnet og faktisk energibruk, samt vurdere mulige tiltak for å forbedre treffsikkerheten i energiberegninger og optimalisere driften. Undersøkelsen baserer seg på et komparativt case-design, hvor faktisk energibruk analyseres og sammenlignes med prosjekterte verdier per energipost. Analysen bygger på SD-data, dokumentasjon fra prosjekteringsfasen og nye simuleringer i SIMIEN med justerte inndata. Det er også gjennomført en sammenligning av normerte inndata i NS 3031:2014 og NS 3031:2025 for å vurdere om de oppdaterte normtallene i 2025-utgaven gir bedre samsvar med faktisk energibruk. Resultatene viser gjennomgående betydelige avvik, særlig knyttet til romoppvarming og kjøling. Analysen avdekker at flere beregningsforutsetninger – som driftstider, settpunktverdier og internbelastning – ikke samsvarer med faktisk bruk. Det påvises også at klimadata, manglende soneinndeling av modell, unøyaktig presisering av ulike tekniske systemer og komponenter i beregningsmodellen, samt valg av standardiserte inndata har stor betydning for avviket. Nye simuleringer med justerte verdier viser at beregnet energibruk fortsatt avviker fra målt forbruk, men at avviket er betydelig redusert sammenlignet med normative beregninger. Studien konkluderer med at de observerte avvikene mellom beregnet og faktisk energibruk, slik de fremkommer i beregninger etter forskriftskrav i NS 3031:2014, i hovedsak skyldes bruk av normerte inndata som ikke samsvarer med det faktiske bruksmønsteret i byggene. I tillegg bidrar avvik og feilregistreringer i måledata fra SD-anlegget til å forsterke forskjellene. For å oppnå et mer presist og realistisk energibudsjett, er det nødvendig å benytte byggspesifikke erfaringstall og representative klimadata. Dette vil kunne gi bedre samsvar med faktisk energiforbruk. Funnene er situasjonsspesifikke, men gir likevel verdifulle innsikter i hvordan teknisk drift og energiberegninger kan samordnes bedre i praksis.
Supervisor(s): Lars Ø. RASTAD (OsloMet).
Acknowledgements: Bærum kommune (Camilla B. Torp).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208830

Summary: Increased focus on the management and operation of buildings in relation to operating costs, energy consumption and sustainability, leads to property managers seeking to make better use of resources. Regular operation and maintenance of buildings, such as replacing ventilation filters in ventilation units, represents a significant cost and leaves an environmental footprint in terms of materials, transportation and production every time the replacement is carried out. Property managers therefore ask the question: how long can the filters operate in the air handling unit (AHU) in an office building, before they are replaced, without compromising the indoor climate and energy consumption? A collaboration with the real estate company ViaVika in Oslo provided access to data from the central operating system for the building, especially for air volumes and pressure drop over time. In addition, access was given to carry out various measurements inside the ventilation system, including one of the AHU. Measurements were made using measuring sensors for logging the particle fractions PM2.5/m³ and PM10/m³, as well as measuring instruments for logging the particle concentrations 0.3 m/m³, 2.5 m/m³ and 5.0 m/m³. Air samples of molds and bacteria were also taken using air samplers and Petri dishes with adapted growth agar, as well as air samples using absorbent tubes, Tenax, for volatile organic compounds VOCs. There are few studies that have carried out similar measurements inside an AHU. A large part of the work in this project was therefore spent on developing a method and a customized stand for placing the measuring equipment inside the AHU. The measuring stand was developed and designed so that the measuring equipment could be easily and quickly moved in and out of the AHU. A test of the measurement stand and some of the measuring equipment was carried out inside the AHU a few days before the scheduled measurement period, to ensure that the practical implementation worked satisfactorily.
• After one year of operation, the result for the filtration efficiency of PM 2.5 was according to standard ISO 16890 and test report of the filters for the particle fraction. Results for particle sizes 0.3 m/m³, 2.5 m/m³ and 5.0 m/m³ were at several measurement points in accordance with the test report for the filters. There were deviations for measurements on 27 March for the particle size 0.3 m/m³, which may be due to contamination from the technical room or tear-off particles from new filters. • Due to demand control of the ventilation and an average air flow compared to a maximum of 68%, the average pressure drop over the filters was 34 Pa. and maximum 54.4 Pa., which is below the limit for when the filters should be replaced. • The used filters showed clear visual signs of contaminants inside the filter bags. Despite this, the results of the measurements in this study did not show clear signs that mold spores or bacteria was present in the downstream air after the filters, after one year of operation. • VOC measurements before and after the filters show low values and no significant difference, neither before nor after filter change.
On the basis of results from particle measurements and air analyses of VOCs and microorganisms carried out in the air stream after the ventilation filters have been in the AHU for approx. one year, there is no basis for recommending replacement of the ventilation filters in the ventilation unit after one year of operation. It is recommended to carry out the same measurements on a comparable unit under comparable conditions and when the filters have been in the plant for up to two years, in order to clarify whether the results for measurements in the air flow over the filters change significantly when the filters remain in the plant beyond an operating period of one year.
Norsk sammendrag: Økt fokus på forvaltning og drift av bygg i forhold til driftskostnader, energiforbruk og bærekraft, fører til at aktører i eiendomsbransjen søker å utnytte ressursene bedre. Regelmessig drift og vedlikehold av bygg som for eksempel utskifting av ventilasjonsfiltre i ventilasjonsaggregatene utgjør en betydelig kostnad og gir et miljøfotavtrykk i form av materialbruk, transport og produksjon hver gang utskiftingen utføres. Aktører i eiendomsbransjen stiller derfor spørsmålet: hvor lenge kan ventilasjonsfiltre stå i aggregatet som betjener et kontorbygg før de skiftes ut, uten at det går utover inneklima og energiforbruk? Et samarbeid med eiendomsselskapet ViaVika i Oslo, ga tilgang til data fra det sentrale driftsanlegget for bygget, spesielt for luftmengder og trykkfall over tid. I tillegg ble det gitt tilgang til å gjennomføre ulike målinger inne i ventilasjonsanlegget inklusive ett av ventilasjonsaggregatene. Det ble utført målinger ved hjelp av målesensorer for logging av partikkelfraksjonene pm2,5/m³ og pm10/m³, samt måleinstrumenter for logging av partikkelkonsentrasjonene 0,3μm/m³, 2,5μm/m³og 5,0μm/m³. Det ble også tatt luftprøver av muggsopp og bakterier ved hjelp av luftprøvetaker og petriskåler med tilpasset vekstagar, samt luftprøver ved hjelp av absorbentrør, Tenax, for flyktige organiske forbindelser VOC. Det er få studier som har gjennomført tilsvarende målinger inne i et ventilasjonsaggregat. En stor andel arbeidet med dette prosjektet, ble derfor brukt til å utvikle metode og et spesialtilpasset målestativ for plassering av måleutstyret inne i ventilasjonsaggregatet. Målestativet ble utviklet og designet slik at måleutstyret enkelt og raskt kunne flyttes inn og ut av ventilasjonsaggregatet. Det ble gjennomført en testmåling av målestativet og noen av måleinstrumentene inne i aggregatet noen dager før den oppsatte måleperioden, for å sikre at den praktiske gjennomføringen fungerte tilfredsstillende.
• Etter ett års drift var resultatet for filtreringseffektiviteten av PM 2,5 i henhold til standard ISO 16890 og testrapport av filtrene for partikkelfraksjonen. Resultater for partikkelstørrelsene 0,3μm/m³, 2,5μm/m³ samt 5,0μm/m³ var på flere målepunkter i samsvar med testrapporten for filtrene. Det var avvik for måling 27. mars av partikkelstørrelsen 0,3μm/m³, som kan skyldes forurensningssmitte fra teknisk rom eller avrivningspartikler fra nye filtre. • På grunn av behovsstyring av ventilasjonen og en gjennomsnittlig luftmengde i forhold til maks på 68 %, var gjennomsnittlig trykkfall over filtrene 34 Pa. og maks 54,4Pa., som er under grensen for når filtrene bør skiftes. • De brukte filtrene viste tydelige visuelle tegn på forurensninger inne i filterposene. På tross av dette viste ikke resultatene av målinger i denne studien tydelige tegn på at muggsoppsporer eller bakterier var til stede nedstrøms i luften etter filtrene, etter ett års drift. • VOC målinger før og etter filtrene vise lave verdier og ingen betydelig forskjell, hverken før eller etter filterbytte.
På bakgrunn av resultater fra partikkelmålinger og luftanalyser av VOC og mikroorganismer foretatt i luftstrømmen etter at ventilasjonsfiltrene har stått i aggregatet i ca. ett år, er det ikke grunnlag for å anbefale utskifting av ventilasjonsfiltrene i ventilasjonsaggregatet etter ett års drift. Det anbefales å gjennomføre de samme målingene på et sammenlignbart aggregat under sammenlignbare forhold og når filtrene har stått i anlegget opp til to år, for å avklare om resultatene for målinger i luftstrømmen over filtrene forandrer seg vesentlig når filtrene blir stående i anlegget utover en driftslengde på ett år.
Supervisor(s): Therese Nitter MOAZAMI (OsloMet).
Acknowledgements: Camfil Norge AS (Erlend Inge Klæboe), SINTEF (Sverre Holøs), OsloMet (Bente Hellum).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208836

Summary: Recirculation of exhaust air into the air intake is an important aspect when considering energy efficiency and indoor air quality. This study investigates if a 10m horizontal distance requirement is a sufficient demand in order to prevent recirculation of exhaust air into the air intake, and what factors that affect the recirculation rate. A school building located in Oslo is chosen as inspiration for a simplified geometrical design alongside with technical data for the ventilation system. The study also focus on using louvered grilles for the air exhaust and intake to maintain a low pressure drop and energy efficient solutions. A CFD simulation with Star-CCM+ using an atmospheric boundary layer (ABL) setup described from Richards and Hoxey (1993) is implemented. This method contains using steady Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) equations, standard k−ϵ turbulence model, and wall functions in order to describe the atmospheric fluid flow and the air flows from the air exhaust and intake. The mass fraction equation is used to quantify the recirculation rate and to create the visualizations presented in this study. A validation test of an empty computational domain is conducted in order to study the horizontal homogeneity of the atmospheric boundary layer. This test showed an issue with the top boundary condition of the domain, resulting in a decay of the turbulent kinetic energy. The main findings from the simulations is that the 10m horizontal distance requirement is inaccurate and insufficient in order to ensure low values of recirculation, and that other factors such as wind directions and ventilation rates should be considered as well. In some cases the 10m requirement can lead to false assurance of recirculation, and in other cases be too strict. The worst cases simulated in this study show recirculation rates up to 28%, while the best cases show recirculation rates ≤ 0.1%. Positioning the air exhaust upstream of the air intake in general results in increased values of recirculation and reduced ventilation rate also reduces the recirculation rate. The final conclusions from this study is that the ABL setup is a complex field of study with a potential for improvement. Further studies regarding the ABL setup, and especially the turbulence modeling should be revised to ensure better modeling independently of mesh sizing and near wall cells. Unsteady simulations should also be performed to create a simulation model that stabilizes the turbulent behavior in the residuals.
Norsk sammendrag: Resirkulering av avtrekksluft inn i luftinntaket er en viktig faktor når man vurderer energieffektivitet og innendørs luftkvalitet. I denne studien undersøkes det om krav om 10 meters horisontal avstand mellom luftinntak og avkast er tilstrekkelig for å forhindre resirkulering av avkastluft inn i luftinntaker, og videre hvilke faktorer som er med på å påvirke resirkuleringsraten. En skolebygning i Oslo er valgt som inspirasjon til en forenklet geometrisk modell, sammen med tekniske data for det tilhørende ventilasjonssystemet. Studien fokuserer også på bruk av lamellrister for luftavkast og luftinntak for å opprettholde lavt trykktap og energieffektive løsninger. Det er utført en CFD-simulering ved hjelp av Star-CCM+ og med bruk av oppsettet for atmosfærisk grenselag (atmospheric boundary layer) beskrevet av Richards og Hoxey (1993) som grunnlag. Denne metoden innebærer bruk av stasjonære Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) ligninger, standard k−ϵ turbulensmodell og veggfunksjoner for å beskrive atmosfæriske strømninger for vind og luftstrømmene fra luftavkast og luftinntak. Massefraksjonsligningen brukes til å kvantifisere resirkuleringsraten og til å lage visualiseringene presentert i rapporten. En valideringstest av et tomt beregningsdomene ble utført for å studere den horisontale homogeniteten til det atmosfæriske grenselaget. Denne testen viste et problem med grensebetingelsen i toppen av domenet, noe som resulterte i et sluk av den turbulente kinetiske energien. Hovedfunnene fra simuleringene er at kravet om 10 meters horisontal avstand er unøyaktig og utilstrekkelig for å sikre lave verdier av resirkulering, og at andre faktorer som vindretninger og ventilasjonsrater også bør vurderes. I noen tilfeller kan kravet om 10 meter føre til falsk trygghet om resirkulering, og i andre tilfeller være for strengt. De verste tilfellene simulert i denne studien viser resirkuleringsrater opp til 28%, mens de beste tilfellene viser resirkuleringsrater ≤ 0.1%. Plassering av luftavkast oppstrøms for luftinntaket resulterer generelt i økte verdier av resirkulering, og redusert ventilasjonsrate reduserer også resirkuleringsraten. De endelige konklusjonene fra denne studien er at ABL-oppsettet er et komplekst studieområde med potensial for forbedring. Videre studier angående ABL-oppsettet, og spesielt turbulensmodelleringen, bør vurderes i videre studier for å sikre bedre modellering uavhengig av maskestørrelse på mesh og nær-vegg celler. Transiente beregninger bør også utføres for å lage en simuleringsmodell som stabiliserer den fluktuerende oppførselen i residualene.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: Multiconsult (Jappe Hjelseth).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208831

Summary: As the world moves towards urbanization, residential units are built more energy- and space efficient. The impact of indoor cooking on the indoor air quality is therefore important to gain more knowledge of as it has shown to be one of the most significant indoor pollutant sources. This study present an initial attempt at implementing a realistic model of a cooking event in the CFD tool Converge. Utilizing the advanced method of adaptive mesh refinement (AMR) to investigate its effect on particle dispersion. It showed that a better setting of AMR gave better results, but it was very cpu costly. Different ACH levels of the ventilation system with kitchen hood mode on and off were investigated with a user defined function that cut-off evaporation of all particles with a size less than 2.5 μm to analyse all particles that are injected into the domain. Higher ACH levels increased the dispersion of the particles of the room and suppressed the thermal plume from the kitchen hob. Further work is needed to create a realistic model.
Norsk sammendrag: Nå som verden går mer mot urbanisering, boligenheter bygges mer energi – og plasseffektiv. Effekten av innendørs matlaging på luftkvaliteten inne er derfor viktig å få mer innsyn til da det er vist at matlaging er en av de største luftforurensende kilder. Denne studien presenterer et første forsøk på å implementere en realistisk modell av en matlagingshendelse i CFDverktøyet Converge. Den avanserte metoden adaptiv meshraffinering (AMR) ble benyttet for å undersøke effekten på partikkelspredning. Resultatene viste at en bedre innstilling av AMR ga bedre resultater,men det var svært ressurskrevende for CPU-en. Ulike luftutskiftningsrater (ACH) i ventilasjonssystemet med kjøkkenviften slått på og av ble undersøkt ved hjelp av en egenutviklet funksjon som kutter fordampningen av alle partikler med en størrelse mindre enn 2,5 μm, for å analysere alle partiklene som injiseres i domenet. Høyere ACH-nivåer økte spredningen av partikler i rommet og undertrykte den termiske oppdriftsstrømmen fra kokeplaten. Videre arbeid er nødvendig for å utvikle en mer realistisk modell.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208834

Summary: Norway has committed through the Paris agreement to at least a 55 percent reduction in greenhouse gas emissions compared to 1990 levels. Buildings account for approximately 25 percent of the EU’s total greenhouse gas emissions, which places a great responsibility on the construction industry to both document and reduce its emissions. HVAC installations accounts for a significant, but perhaps somewhat overlooked, part of these emissions. The research project “Grønn VVS” has as its stated goal to reduce greenhouse gas emissions from HVAC installations by at least 50 percent compared to current practices. This master’s thesis is a small part of the “Grønn VVS” research project and specifically addresses the environmental impact associated with tap water systems in a typical residential building. The goal is to identify solutions to help reduce emissions towards net zero, and in this way contribute to promoting climate-neutral buildings. Through a practical approach where system solutions and products are compared, the thesis concludes that thorough material assessments, strategic system design and improved use of EPDs are crucial to successfully reducing the environmental footprint of tap water installations in buildings. The results for the calculation of the tap water system in this thesis are based on the suppliers’ environmental declarations. These EPDs are all produced according to the standard 15804:2012+A2:2019+AC2021, which ensures comparable and reliable data. The use of EPDs requires a critical understanding of the underlying LCA methodology to be able to interpret the results correctly. Which modules and scenarios that are included, and the quality of these are important to ensure reliable and transparent environmental assessment. Something that is not always that easily available information in many of today’s EPDs. The study further recommends including any economic and social impacts in the EPDs that production imposes on the local population or nearby areas. This helps to provide a complete picture of the sustainability assessment. When this thesis was written, the availability of relevant EPDs for components in tap water systems had become much better than what has been the case for previous research done in the “Grønn VVS” project. The need to use generic EPDs has therefore not been necessary. The climate footprint of plastic pipes in tap water systems, such as PEX and PP-RCT, shows that these are currently a more climate-friendly solution than steel pipes. However, steel pipes have future potential for lower climate emissions by using hydrogen-reduced iron ore, which enables CO₂– neutral production. Plastic material also has a low recycling rate worldwide, with as much as 22 percent still ending up in nature and the ocean. The quality of the recycled plastic material is also degraded, and cannot, for example, be used in the production of new high-quality tap water pipes. Steel pipes on the other hand are easy to recycle and large shares of the total scrap metal in the world are already recycled today, and of a high quality. For PP-RCT pipes, module C3 accounts for the largest share of the GWP total. This module has not been included in previous versions of the EPD. This shows how important it is that the validity of EPDs is relatively short and must be renewed frequently. Copper pipes for tap water use have also shown improved results with lower greenhouse gas emissions than previous research has shown. However, due to resource scarcity and critical needs in other industries that lack good alternatives, it is still recommended to use other materials for tap water systems. The climate footprint of insulation for tap water pipes has been considered negligible in some previous studies. In this paper, we see that insulation increases greenhouse gas emissions, for a tap water system in an entire residential building, by 23 percent for steel pipes and 55 percent for PP-RCT pipes. The study shows that the 3-pipe tap water system has some advantages compared to traditional 5-pipe systems. Both in terms of simpler installation, in some situations whit large apartments there is a lower emission rate of CO₂, and 3-pipe systems also have a lower power requirement for heating the tap water at building level than a 5-pipe system. There is great potential for reducing greenhouse gas emissions for tap water by well thought out routings of the pipe systems inside a building. Also, by using uninterrupted vertical shafts between floors. Central placement of technical rooms will be able to optimize the dimensions of the pipe runs, with shorter routing paths to the tapping point and lower consumption of pipe materials, clamps and insulation. By designing pipe runs using as many straight runs as possible as few changes of direction possible between the technical room and the tapping location, the pressure loss in the pipe network will also be reduced. This will also contribute to reduced energy consumption throughout the lifetime of the building.
Norsk sammendrag: Norge har gjennom Parisavtalen forpliktet seg til minst 55 prosent kutt av klimagassutslipp sammenlignet med 1990-tall. Bygninger utgjør ca. 25 prosent av EUs totale klimagassutslipp, noe som legger et stort ansvar på byggenæringen om å både dokumentere og redusere sine utslipp. VVS-installasjoner står for en betydelig, men kanskje litt oversett, andel av disse utslippene. Forskningsprosjektet Grønn VVS har som uttalt mål å redusere klimagassutslipp fra VVS-installasjoner med minst 50 prosent sammenlignet med dagens praksis. Denne masteroppgaven er en liten brikke av Grønn VVS sitt forskningsprosjekt, og tar spesifikt for seg miljøbelastningen knyttet til tappevannsystemer i et typisk boligbygg. Med mål om å identifisere løsninger for å hjelpe til med å redusere utslippene ned mot netto null, og på denne måten være med på å fremme klimanøytrale bygg. Gjennom en praktisk tilnærming der systemløsninger og produkter blir sammenlignet, konkluderer oppgaven med at grundige materialvurderinger, strategisk systemdesign og forbedret bruk av EPD-er er avgjørende for å klare å kutte miljøavtrykket til tappevanninstallasjoner i bygg. Resultatene for beregningen av tappevannsystemet i denne oppgaven er basert på leverandørenes miljødeklarasjoner. Disse EPD-ene er alle produsert etter standarden 15804:2012+A2:2019+AC2021, noe som sikrer sammenlignbare og pålitelige data. Bruken av EPD-er krever en kritisk forståelse av LCAmetodikken bak for å kunne tolke resultatene riktig. Hvilke moduler som er inkludert, hvilke scenarier som er valgt og kvaliteten på disse er viktig for å sikre pålitelige og transparente miljøvurderinger. Noe som ofte ikke er enkel tilgjengelig informasjon i mange av dagens EPD-er. Studien anbefaler videre å inkludere i EPD-ene eventuelle økonomiske og sosiale påvirkninger som produksjon av et produkt påfører lokalbefolkning eller et nærområde, for å gi et mer komplett bilde rundt bærekrafts vurderingen. Da denne oppgaven ble skrevet var tilgjengeligheten av relevante EPD-er for komponenter i tappevannsystemer blitt mye bedre enn hva som har vært tilfellet for tidligere forskning i Grønn VVS prosjektet. Behovet for å bruke generisk EPD-er har derfor ikke vært nødvendig. Klimaavtrykk fra plastrør i tappevannsystemer, som PEX og PP-RCT, viser at disse foreløpig er en mer klimavennlig løsning enn hva stålrør er. Imidlertid har stålrør et fremtidig potensial for lavere klimautslipp ved bruk av hydrogenredusert jernmalm som muliggjør CO₂-nøytral produksjon. Plastmateriale har også en lav resirkuleringsgrad verden sett under ett, hvor blant annet hele 22 prosent fortsatt havner i naturen og i havet. Kvaliteten på det resirkulerte plastmaterialet blir også degradert, og kan for eksempel ikke benyttes i produksjonen av nye høykvalitets tappevannsrør igjen. Stålrør er på den andre siden enkelt å gjenvinne og store andeler av det totale skrapmetallet i verden i dag blir allerede gjenvunnet, og med høy kvalitet. For PP-RCT rørene utgjør modulen C3 den største andelen av GWP-total for dette produktet. Denne modulen har ikke vært inkludert i tidligere versjoner av EPD-en. Noe som viser hvor viktig det er at gyldigheten på EPD-er er forholdsvis kort, og derfor må fornyes hyppig. Kobberrør til bruk for tappevann har også fått et forbedret resultatet med et lavere klimagassutslipp enn det tidligere forskning har vist på feltet. Men på grunn av knapphet av ressursen, og kritisk behov i andre bransjer som mangler gode alternativer, anbefales det likevel å benytte seg av andre materialer for bruk i tappevannssystemer. Klimaavtrykket fra isolasjon for tappevannsrør har i enkelte tidligere studier vært vurdert som neglisjerbar. I denne oppgaven ser vi at isolasjon øker klimagassutslippene, for et tappevannsystem i et helt boligbygg, med 23 prosent for stålrør og 55 prosent for PP-RCT-rør. Videre viser studien at 3-rørs tappevannsystem har noen fordeler sammenlignet med tradisjonelle 5- rørssystemer. Både ved enklere installasjon, i noen situasjoner med store leiligheter er det lavere klimaavtrykk, og 3-rørssystem har også et lavere effektbehov for oppvarming av tappevannet på bygningsnivå enn hva et 5-rørssystem har. Det er et stort potensial for redusert klimagassutslipp for tappevannsystemer ved best mulig plassering av føringsveier og ved å benytte uavbrutte gjennomgående vertikale sjakter mellom etasjene. Sentral plassering av teknisk rom vil kunne optimalisere dimensjonene på rørstrekkene, med kortere føringsveier frem til tappested og lavere forbruk av rørmaterialer, klammer og isolasjon. Ved å prosjektere rørføringer med bruk av flest mulig rette strekk og færrest mulige retningsendringer mellom det tekniske rommet og tappestedet, vil også trykktapet i rørnettet reduseres. Dette vil dermed også bidra til et redusert energiforbruk gjennom hele byggets levetid.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Bente HELLUM (OsloMet); Anders Reinertsen LIAØY (Multiconsult).
Acknowledgements: Multiconsult; AFRY (Thomas Olsson); OsloMet (Dimitrios Kraniotis); Norconsult (Charlotte Roxane Bøe); SINTEF Community (Karolina Stråby).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208835

Summary: This thesis investigates the risk of airborne infection transmission in indoor environments using highresolution computational fluid dynamics simulations integrated with quanta-based modeling. A simplified office scenario is studied, consisting of one infected and one susceptible individual under different ventilation and movement conditions. The objective is to quantify infection probability over time, using a spatially resolved simulation approach. A user-defined function was developed and implemented in CONVERGE CFD to track the dispersion of virus-laden droplets, accumulate quanta concentration in each computational cell, and calculate the time-dependent infection probability. The modeling framework builds upon the modified Wells-Riley model as formulated by a recent study of the literature, and includes adaptive mesh refinement and mesh sensitivity analysis to ensure numerical accuracy. Three case studies were conducted: (1) a moving, speaking infected individual with 1.6 ACH ventilation, (2) a stationary infected individual under the same ventilation rate, and (3) a moving, speaking infected individual with increased ventilation at 3.2 ACH. Results show that occupant movement causes wake turbulence that disperses droplets across the room, and that increasing the ventilation rate reduces overall infection risk by improving aerosol dilution. The impact of combined respiratory activity and movement was observed to increase quanta dispersion compared to stationary conditions. This study highlights the importance of modeling localized airflow patterns when assessing airborne infection risk and demonstrates the value of CFD-based methods in improving ventilation design and mitigation strategies for confined indoor spaces.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker risikoen for luftb˚aren smitte i innemiljøer ved hjelp av høyoppløselige simuleringer med computational fluid dynamics kombinert med kvanta-basert modellering. Studien tar utgangspunkt i et forenklet kontormiljø med ´en infisert og ´en mottakelig person, og vurderer smittefare under ulike ventilasjonsniv˚aer og bevegelsesscenarier. M˚alet er ˚a kvantifisere infeksjonssannsynlighet over tid ved hjelp av romlig oppløste simuleringer. En egendefinert funksjon ble utviklet og implementert i programvaren CONVERGE for ˚a spore spredningen av virusbærende dr˚aper, akkumulere kvantakonsentrasjon i hver beregningscelle og beregne den tidsavhengige smitterisikoen. Modellrammeverket bygger p˚a en modifisert Wells-Riley-modell utviklet av Motamedi og medarbeidere, og inkluderer adaptiv maskeoppdeling og maskesensitivitetsanalyse for˚a sikre numerisk nøyaktighet. Tre casestudier ble gjennomført: den første med en g˚aende og snakkende infisert person med lav ventilasjonsrate, den andre med en stasjonær infisert person under samme forhold, og den tredje med b˚ade bevegelse og økt ventilasjon. Resultatene viser at bevegelse genererer turbulens som bidrar til økt dr˚apespredning i rommet, og at høyere ventilasjonsrate reduserer smitterisiko ved ˚a fortynne aerosolene mer effektivt. Kombinasjonen av bevegelse og respirasjonsaktivitet fører til økt spredning sammenlignet med en statisk situasjon. Studien viser hvor viktig det er ˚a modellere lokal luftstrøm for ˚a kunne vurdere luftb˚aren smittefare p˚a en realistisk m˚ate, og demonstrerer hvordan numeriske metoder kan støtte utforming av ventilasjonsstrategier og forebyggende tiltak i bygninger.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: Convergent Science GmbH, Austria (Suresh Kumar Nambully & Marcos Burgo Beiro); COWI (Ole Martinus Norbeck).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208833

Summary: Greenhouse gas emissions from building HVAC installations represent a significant share of total emissions, but the documentation in this area is still limited. The master’s thesis conducts a life cycle assessment (LCA) of the HVAC systems in the energy center of the office building Ulven field B1 to quantify the greenhouse gas emissions and identify the major emission factors. The goal is to establish a reference value for greenhouse gas emissions from such systems and propose measures to reduce these emissions. The analysis includes the HVAC – systems in the energy center (sanitary, heating, and comfort cooling) and excludes fire suppression and other technical systems. Material and component quantities were obtained through manual counting in the energy center and compared with mass extraction from the BIM model and system diagrams. The life cycle assessment was carried out according to NS 3720, and the analysis covers the following stages: production stage (A1–A3), construction stage (A4–A5), use stage (B3, B4, B6), end-of-life stage (C1–C4), and beyond system boundary (D). The calculations were performed manually in Excel, using available environmental declarations, supplemented with the material composition of the product where EPDs were not available. CIBSE-TM65 was used to calculate the material composition and supplement missing stages in EPDs. HVAC systems in the energy center account for an emission of approximately 13.29 kg CO₂-equivalent per m² BTA. The emissions are distributed with about 48% from the comfort cooling system and 46% from the heating system, while the sanitary system contributes about 6%. Components with short lifespans, particularly valves and pumps, are the major emission factors, as they need to be replaced several times during the building’s lifetime. A sensitivity analysis found that increasing the lifetime of pumps from 10 to 25 years could reduce emissions from replacements(B4) by about 70%. An important observation is the reliability of the data. Mass extraction from the BIM model and system diagrams was compared with actual installation. Discrepancies were revealed, with the BIM model covering about 48% fewer components than the actual installation, and the system diagrams showed a discrepancy of about 18%. This demonstrates that none of the digital datasets alone are fully reliable for mass extraction and emission calculations, and that BIM models should be quality-checked against the actual building condition to ensure reliable life cycle assessments. Based on the findings, it is recommended to choose components that are more robust and have longer lifespans, avoid oversizing, increase the reuse of components, use local production, and set stricter requirements for environmental declarations (EPD). These measures can reduce emissions from HVAC – installations and promote sustainable practices in the construction industry. The thesis provides reference values for greenhouse gas emissions from HVAC systems, identifies the key emission factors, and emphasizes the importance of reliable data for accurate life cycle assessments.
Norsk sammendrag: Klimagassutslipp fra bygningers VVS-installasjoner utgjør en betydelig andel av totale utslipp, men dokumentasjonen på dette området er fortsatt begrenset. Masteroppgaven gjennomfører en livsløpsanalyse (LCA) av VVS-installasjonene i energisentralen til kontorbygget Ulven felt B1 for å kvantifisere klimagassutslippene og identifisere de største utslippsfaktorene. Målet er å etablere en referanseverdi for klimagassutslipp fra slike anlegg og foreslå tiltak for å redusere disse utslippene. Analysen omfatter energisentralens VVS-systemer (sanitær, varme og komfortkjøling) og ekskluderer brannslukking og øvrige tekniske fag. Material- og komponentmengder ble hentet gjennom manuell opptelling i energisentralen og sammenlignet med masseuttak fra BIM-modellen og systemskjemaene. Livsløpsvurderingen ble gjennomført i henhold til NS 3720, og analysen omfatter følgende faser: produksjonsstadiet (A1–A3), gjennomføringsstadiet (A4–A5), brukstadiet (B3, B4, B6), livsløpets sluttstadiet (C1–C4) og utover systemgrensen (D). Beregningene ble utført manuelt i Excel, med tilgjengelige miljødeklarasjoner, supplert med materialsammensetning av produktet der EPD-er ikke var tilgjengelige. CIBSE-TM65 ble brukt for å beregne materialsammensetning og supplere manglende faser i EPD-er. VVS-tekniske installasjoner i energisentralen står for et utslipp på ca. 13,29 kg CO₂-ekv. per m² BTA. Utslippene fordeler seg med ca. 48 % fra komfortkjølesystemet og 46 % fra varmesystemet, mens sanitærsystemet bidrar med ca. 6 %. Komponenter med kort levetid, særlig ventiler og pumper, er de største utslippsfaktorene, da de må skiftes ut flere ganger i løpet av byggets levetid. I en følsomhetsanalyse ble det funnet at økt levetid for pumper fra 10 til 25 år kan redusere utslippene fra utskiftninger(B4) med rundt 70 %. En viktig observasjon er påliteligheten i datagrunnlaget. Masseuttaket fra BIM-modellen og systemskjemaene ble sammenlignet med faktisk installasjon. Det ble avdekket avvik, med BIM-modellen som dekket ca. 48 % færre komponenter enn faktisk installasjon, og systemskjemaene hadde et avvik på ca. 18 %. Dette viser at ingen av de digitale datagrunnlagene alene er helt pålitelige for masseuttak og utslippsberegning, og at BIM-modeller bør kvalitetssikres mot faktisk byggetilstand for å sikre pålitelige livsløpsanalyser. På bakgrunn av funnene anbefales det å velge komponenter som er mer robuste og har lengre levetid, unngå overdimensjonering, øke gjenbruket av komponenter, benytte lokal produksjon og stille strengere krav til miljødeklarasjoner (EPD). Disse tiltakene kan redusere utslippene fra VVS-installasjoner og fremme bærekraftig praksis i byggebransjen. Oppgaven bidrar med referanseverdier for klimagassutslipp fra VVS-anlegg, identifiserer de viktigste utslippsfaktorene og understreker betydningen av pålitelig datagrunnlag for nøyaktige livsløpsanalyser.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: Multiconsult (Anders Liaøy & Mathijs Lichtenbeld).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208828

Summary: This master’s thesis investigates how greenhouse gas emissions from buildings can be reduced through targeted measures in new construction and renovation projects initiated by Oslo Municipality. With increasing climate demands at both national and international levels, anchored in the Paris Agreement and Oslo’s goal of a 95 % emission reduction by 2030, there is a growing need for evidence-based strategies that support low-emission development in the building sector. The thesis is based on a life cycle assessment (LCA) of 14 projects with complete datasets and is compared against 30 previous studies from cold and temperate climate zones. The analysis is based on life cycle modules A1-A3, A4, B4, and B5 in accordance with NS 3720 and assesses measures such as low-carbon concrete, Passive House standard, solar panels, reuse of materials, mass timber, and environmental certifications (BREEAM, FutureBuilt). Only 5 out of 14 projects achieve Oslo Municipality’s portfolio target of a 30 % reduction compared to the reference level (FutureBuilt Zero). These projects are characterized by early-phase planning, the combined application of multiple measures, and systematic follow-up using environmental tools such as OneClick LCA. The findings demonstrate that the most effective strategies are interdisciplinary and holistic. Isolated measures have limited impact, whereas projects that combine low-carbon materials, energy-efficient solutions, reuse, and certification exhibit significantly lower emissions (89-222 kg CO₂e/m²). The renovation project Sophies Minde reported the lowest emissions, confirming literature findings on the emission reduction potential of refurbishment. At the same time, the analysis reveals shortcomings in the implementation of strategies such as reuse, green technical installations (Green MEP), and climate adaptation. There is also a lack of systematic documentation on the impact of combined measures. The thesis concludes that Oslo Municipality has taken important steps toward more sustainable construction, but that substantial opportunities for improvement remain, particularly through more consistent use of reuse, renovation, and climate-friendly technical solutions.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker hvordan klimagassutslipp fra bygg kan reduseres gjennom målrettede tiltak i nybygg og rehabiliteringsprosjekter initiert av Oslo kommune. Med økende klimakrav nasjonalt og internasjonalt – forankret i Parisavtalen og Oslo kommunes mål om 95 % utslippsreduksjon innen 2030 – er det behov for dokumenterte strategier som bidrar til lavutslippsutvikling i byggebransjen. Oppgaven bygger på en livsløpsbasert analyse (LCA) av 14 prosjekter med fullstendig datagrunnlag, og sammenlignes med 30 tidligere studier fra kalde og tempererte klima. Analysen tar utgangspunkt i livsløpsmodulene A1-A3, A4, B4 og B5 iht. NS 3720, og vurderer tiltak som lavkarbonbetong, passivhusstandard, solceller, ombruk, massivtre og miljøsertifisering (BREEAM, FutureBuilt). Bare 5 av 14 prosjekter oppnår Oslo kommunes porteføljemål om 30 % reduksjon sammenlignet med referansenivået (FutureBuilt Zero). Disse prosjektene kjennetegnes av tidligfase planlegging, bruk av flere tiltak i kombinasjon, og systematisk oppfølging gjennom miljøverktøy som LCA og EPD. Oppgaven viser at de mest effektive strategiene er tverrfaglige og helhetlige. Isolerte tiltak gir begrenset effekt, mens prosjekter som kombinerer lavkarbonmaterialer, energieffektive løsninger, gjenbruk og sertifisering har betydelig lavere utslipp (89-222 kg CO₂e/m²). Renovasjonsprosjektet Sophies Minde hadde lavest utslipp, noe som bekrefter litteraturens funn om rehabiliteringens potensial. Samtidig avdekkes mangler i bruken av tiltak som ombruk, grønne tekniske installasjoner (Grønn VVS), og klimarobusthet. Det mangler også systematisk dokumentasjon på effekten av kombinerte tiltak. Oppgaven konkluderer med at Oslo kommune har tatt viktige steg mot mer bærekraftig bygging, men at det fortsatt finnes betydelige muligheter for forbedring, særlig gjennom mer systematisk bruk av ombruk, rehabilitering, og tekniske klimavennlige løsninger.
Supervisor(s): Mehrdad RABANI (OsloMet).
Acknowledgements: OsloBygg KF (Bodil Motzke); OsloMet (Arnab Chaudhuri).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208825

Summary: This master’s thesis investigates the technical and economic aspects of charging geothermal borefields using alternative energy sources such as district heating, solar thermal collectors, and air-to-water heat pumps. A key objective has been to assess whether active charging provides sufficient energy and cost benefits compared to a standard borefield with passive regeneration through free cooling. The heating and cooling demands of a reference building located in Oslo, Norway, with approximately 6600 m² of floor area were calculated and used as input for simulations of geothermal borefields. Four system configurations for borefield charging were analyzed over a 30 year period: Free cooling, district heating, solar thermal collectors, and air-to-water heat pumps. The simulations were performed in Python, using tools such as pygfunction, and include both thermal modeling and simplified ”Total Cost of Ownership” calculations. Only cost components that vary between the alternatives are included, allowing for an incremental comparison of the system configurations. The results indicate that active charging using purchased energy, such as district heating or solar thermal energy, is generally not economically viable. The most cost-effective solution is a properly sized borefield regenerated passively via free cooling during the summer. Solar collectors should primarily be dimensioned to meet the building’s domestic hot water demand. If excess thermal energy is available during the summer, it may be beneficially used to charge the borefield. However, designing the system with solar charging as a primary function appears uneconomical. Borefield charging should instead serve as a secondary function that utilizes surplus heat, not as a design driver for the solar thermal system. The conclusion is that active BTES charging often serves more as a symbolic environmental measure than as an economically optimal strategy. The technology can definitely be cost-effective if the energy used for charging is free- or nearly free of charge, but it is not economically viable when the energy must be purchased. At the same time, BTES may hold implicit value through enhanced environmental profiles and positive reputational effects in projects with strong sustainability ambitions. This can result in a form of indirect profitability not captured by conventional, simplified TCO analyses. The technology should therefore be critically assessed in standard projects, and future research is encouraged to apply more realistic baselines, including free cooling as a reference case, when evaluating actual cost-effectiveness.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker tekniske og økonomiske aspekter ved å lade geotermiske brønnparker med alternative energikilder som fjernvarme, solfangere og luft-vann varmepumper. Målet har bl.a. vært å vurdere om aktiv lading gir tilstrekkelig energimessig og økonomisk gevinst sammenlignet med en standard brønnpark med passiv regenerering gjennom frikjøling. Varme- og kjølebehovet til et referansebygg i Oslo, Norge, på omtrent 6600 m² bruksareal er beregnet og benyttet som grunnlag for simuleringer av geotermiske borefelt. Det er analysert fire ulike systemløsninger for lading av brønnpark over en 30-årsperiode: Frikjøling, fjernvarme, solfangerpark og luft-vann-varmepumpe. Beregningene er gjennomført i Python med støtte fra blant annet pygfunction, og omfatter både termisk modellering og forenklede beregninger lønnsomhetsberegning via ”Total Cost of Ownership”. Kun kostnadskomponenter som varierer mellom alternativene er inkludert, noe som gir en netto sammenligning av systemløsningene. Resultatene indikerer at aktiv lading med kjøpt energi, som fjernvarme eller solfangere, generelt ikke er økonomisk lønnsomt. Den mest kostnadseffektive løsningen er et korrekt dimensjonert borefelt som regenereres passivt gjennom frikjøling i sommerhalvåret. Solfangere bør primært dimensjoneres for å dekke byggets behov for varmt tappevann. Dersom det i sommerhalvåret oppstår et energioverskudd utover dette behovet, kan denne energien med fordel benyttes til å lade brønnparken. Å utforme systemet med solfangerlading som hovedfunksjon fremstår imidlertid som lite lønnsomt. Lading av borefelt bør heller være en sekundær funksjon som utnytter overskuddsvarme, ikke et dimensjonerende premiss for solfangeranlegget. Konklusjonen er at aktiv lading av BTES-systemer i mange tilfeller fremstår som en symbolsk miljøløsning snarere enn en økonomisk optimal strategi. Teknologien er lønnsom hvis energien som brukes til å lade borefeltet kommer gratis, eller tilnærmet gratis, men er ikke lønnsom dersom energien som benyttes til lading må kjøpes. Samtidig kan BTES ha en implisitt verdi i form av økt miljøprofil og positiv omdømmeeffekt for prosjekter med høye bærekraftambisjoner. Dette kan gi en form for indirekte lønnsomhet som ikke fanges opp i en konvensjonell, forenklet TCO analyse. Teknologien bør derfor vurderes kritisk i ordinære prosjekter, og det anbefales at fremtidig forskning benytter mer realistiske sammenligningsgrunnlag, inkludert frikjøling som referanse, eller ”basis-scenario”, for å vurdere faktisk lønnsomhet ved BTES.
Supervisor(s): Habtamu Bayera MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: Polytechnique Montréal (Massimo Cimmino); Armatec (Kristoffer Kjølberg).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208826

Summary: This master’s thesis investigates the environmental impact of energy supply systems in office buildings in Norway, with a specific focus on the Life Cycle Assessment (LCA) of technical energy solutions. Given the increasing demand for sustainable development in the built environment, this study provides a comprehensive evaluation of three different heating and cooling configurations—water-to-water heat pump, air-to-water heat pump, and district heating—based on their lifecycle greenhouse gas (GHG) emissions. A real-world case study was conducted in collaboration with Multiconsult Norge AS, using a representative office building in Oslo as the reference project. Advanced digital tools such as BIM and the SIMIEN simulation software were used to model the building’s energy consumption and technical systems. Environmental Product Declarations (EPDs) were collected and analysed to quantify the embodied carbon of various components, and the results were used to construct emission curves based on capacity. Three scenarios were designed and assessed, each incorporating different technical components and energy strategies. Scenario 1 featured a water-to-water heat pump with a backup electric boiler, Scenario 2 included an air-to-water heat pump with a backup electric boiler, and Scenario 3 relied entirely on district heating and cooling. The systems were evaluated using national and international standards, including NS 3720, NS 3031, and ISO 14040 series, to ensure accuracy and consistency in carbon footprint calculations. The findings reveal that Scenario 3, which utilizes district energy, has the lowest total life cycle emissions when considering operational emissions. However, the embodied emissions associated with the infrastructure of the energy central itself—often overlooked in environmental evaluations—proved to be significant and varied depending on the configuration and material choices. This thesis highlights the importance of integrating embodied emissions into early-stage design decisions for building energy systems. The research offers critical insights for engineers, policymakers, and developers aiming to meet Norway’s climate goals and transition to a low-carbon society. Key recommendations are proposed for the selection of environmentally preferable systems, emphasizing the need for improved data availability, standardization, and the inclusion of all life cycle phases in environmental impact assessments.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker miljøpåvirkningen fra ulike energiforsyningssystemer i kontorbygninger i Norge, med særlig fokus på livsløpsvurdering (LCA) av tekniske energiløsninger. I takt med økt behov for bærekraftig utvikling i byggebransjen, gir denne studien en helhetlig vurdering av tre alternative løsninger for oppvarming og kjøling – vann-til-vann varmepumpe, luft-til-vann varmepumpe og fjernvarme – basert på deres totale klimagassutslipp gjennom livsløpet. Et reelt case-studie ble gjennomført i samarbeid med Multiconsult Norge AS, hvor et kontorbygg i Oslo fungerte som referanse. Digitale verktøy som BIM og energisimuleringsprogrammet SIMIEN ble benyttet for å modellere byggets energibehov og tekniske installasjoner. Miljødeklarasjoner (EPD-er) ble samlet inn og analysert for å kvantifisere de innbygde utslippene, og det ble utviklet utslippskurver basert på systemenes effektbehov. De tre scenariene ble vurdert med ulike tekniske løsninger: Scenario 1 benyttet en vann-til-vann varmepumpe med elektrisk beredskap, Scenario 2 en luft-til-vann varmepumpe, og Scenario 3 benyttet kun fjernvarme og fjernkjøling. Systemene ble analysert i henhold til nasjonale og internasjonale standarder som NS 3720, NS 3031 og ISO 14040-serien, for å sikre konsistens og nøyaktighet i beregningene av klimagassutslipp. Resultatene viser at Scenario 3 gir de laveste totale utslippene når driftsfaseutslipp vurderes isolert. Samtidig avdekket analysen at de innbygde utslippene fra energisentralens komponenter – ofte utelatt i tradisjonelle vurderinger – utgjør en betydelig miljøpåvirkning som varierer etter materialvalg og systemoppsett. Oppgaven fremhever behovet for å inkludere innbygde utslipp tidlig i planleggingsfasen ved valg av energisystemer. Funnene gir viktige anbefalinger til ingeniører, utbyggere og beslutningstakere, og bidrar til innsikten som trengs for å oppnå Norges klimamål og realisere en overgang til et lavutslippssamfunn. Studien etterlyser bedre datatilgjengelighet, økt standardisering og en helhetlig tilnærming i miljøvurderinger av tekniske byggesystemer.
Supervisor(s): Habtamu Bayera MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: Multiconsult (Anders Liaøy); Reduzer (Herman Rinholm).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3209841

Summary: Indirect evaporative cooling (IEC) is becoming increasingly relevant in Norway as an energy-efficient alternative to conventional cooling systems. The technology is particularly attractive in buildings where traditional cooling installations are limited by space constraints, noise criteria, and/or energy demand. Despite growing interest, there is limited documentation on how such systems perform under Norwegian climatic conditions. This master’s thesis seeks to address that knowledge gap through a combination of literature review, a survey among facility managers, field inspections, and analysis of operational data from eight ventilation units at Ruseløkka school. The study applies a four-part methodological approach: (1) A literature review maps existing research on performance and hygienic aspects of IEC. (2) A national survey with 11 respondents collects experiences regarding operation, cooling effect, water treatment, maintenance, and additional comments. (3) Field inspections were carried out in four buildings, covering a total of 18 ventilation units, based on a modified version of the HygMik protocol assessing moisture, porosity, and contamination. (4) Operational data from ventilation units with both rotary and crossflow heat exchangers were analyzed, including enthalpy calculations and an energy balance test to quantify actual cooling capacity and supply air temperature trends. The SD analysis shows that the cooling effect typically ranges between 0 and 4 W/m³/h, depending on climatic conditions. In some cases, a heating effect (positive value) was observed, and there was variation in whether the desired supply air temperature was maintained during hot weather. For systems with rotary heat exchangers, an energy balance-based validation method was developed and showed satisfactory accuracy. For systems with crossflow exchangers, the energy balance was less reliable. The magnitude of the cooling effect did not always match the theoretical potential, but the differences were not significant—generally less than 1 W/m³/h deviation at peak cooling capacity. The hygiene inspections showed that units with indirect evaporative cooling had significantly higher hygiene factor values than the reference units, mainly due to signs of standing water, oxidation, dust, and potential for biofilm growth. In several cases, the hygiene score was on the threshold between moderate and poor hygiene. This indicates a need to strengthen inspection, maintenance, and cleaning routines if possible. The inspections also revealed that systems using humidifacation mat as the humidification method, combined with insufficient drainage, may pose a higher hygiene risk. Results from the survey present a picture of how the technology is experienced in practice. The majority reported good cooling performance, especially where the system acts as a supplement to other cooling methods. At the same time, several challenges was reported related to water treatment, frequent alarms, and complex control systems. Some respondents mentioned corrosion, standing water, or mineral deposits, but many were not personally responsible for system maintenance and referred to service contracts. This suggests that operational knowledge of IEC systems varies, which may influence both reliability and hygiene. The survey also revealed a wide range of technical solutions, including differences in humidification method, water treatment approach, and heat exchanger type, which complicates the development of standard operating procedures or general recommendations. The thesis concludes that indirect evaporative cooling holds clear potential for use in Norwegian buildings, but its success depends on thoughtful design, oversight, and awareness of microbiological risk. Further research is recommended to monitor long-term operational data, particularly for systems with rotary heat exchangers where the risk of contamination transfer from exhaust to supply air is present.
Norsk sammendrag: Indirekte adiabatisk kjøling (IAC) blir stadig mer aktuelt i Norge som en energieffektiv erstatning for konvensjonelle kjølesystemer. Teknologien er særlig interessant bygg hvor installasjon av tradisjonelle kjøleanlegg ofte begrenses av plassmangel, støykriterier og/eller energibehov. Til tross for økende interesse, finnes det lite dokumentasjon på hvordan slike anlegg fungerer i praksis i norsk klima. Denne masteroppgaven forsøker å fylle det kunnskapshullet ved å kombinere litteraturgjennomgang, spørreundersøkelse blant driftspersonell, feltinspeksjoner og SD-dataanalyse fra åtte ventilasjonsaggregater ved Ruseløkka skole. Metodisk bygger oppgaven på en firedelt tilnærming: (1) En litteraturgjennomgang kartlegger eksisterende forskning på ytelse og hygieniske aspekter ved IAC. (2) En nasjonal spørreundersøkelse med 11 respondenter henter inn erfaringer om drift, kjøleeffekt, vannbehandling, vedlikehold og en kartlegging av andre kommentarer. (3) Feltinspeksjoner på fire bygg med totalt 18 aggregater blir utført etter en tilpasset versjon av HygMik-protokollen, med vurdering av fukt, porøsitet og forurensning. (4) SD-data fra ventilasjonsanlegg med både roterende og kryssvarmevekslere analyseres, inkludert entalpiberegninger og energibalansetest, for å tallfeste faktisk kjøleeffekt og temperaturforløp. SD-analysen viser at kjøleeffekten ved adiabatisk kjøling typisk varierer mellom 0 og 4W/m³/h, avhengig av klimatiske forhold. Det ble observert enkelte tilfeller med oppvarmende effekt (positiv verdi) samt variasjon i hvorvidt ønsket tilluftstemperatur ble opprettholdt ved høye utetemperaturer. For aggregater med roterende varmegjenvinner ble det utviklet en valideringsmetode med energibalanse som viste tilfredsstillende nøyaktighet, for anlegg med kryssvarmevekslere var energibalansen ikke tilfredsstillende. Kjøleeffektens størrelse stemte ikke alltid overens med teoretisk beregnet potensial, men forskjellene var ikke alarmerende store med under 1 W/m³/h forskjell i maksimal kjøleeffekt. Hygienisk inspeksjon viste at aggregater med adiabatisk kjøling hadde betydelig høyere verdier på hygienisk faktor enn referanseaggregatene, blant annet grunnet tegn på stående vann, oksidering, støv og potensiell grobunn for biofilm. I flere tilfeller lå verdiene på grensen mellom middels hygiene og dårlig hygiene. Det betyr at man, om mulig, bør skjerpe inspeksjon-, vedliekhold-, og renholdsrutinene. I tillegg pekte inspeksjonene på at løsninger med overrisling som befuktningskonsept, samt utilstrekkelig drenering kan medføre høyere risiko for dårlig hygiene i anleggene. Resultatene på spørreundersøkelsen viser et nyansert bilde av hvordan teknologien oppleves i praksis. Flertallet oppga at kjøleeffekten er god, særlig der systemet fungerer som supplement til annen kjøling. Samtidig kom det frem flere utfordringer relatert til vannbehandling, hyppige alarmer og kompleks styring. Enkelte respondenter opplevde korrosjon, stående vann eller kalkrester, men mange hadde ikke selv ansvar for vedlikeholdet, og henviste til serviceavtaler. Dette tyder på at driftskunnskapen rundt IAC-anlegg kan variere, noe som igjen kan påvirke både driftssikkerhet og hygiene. Det ble også rapportert stor variasjon i tekniske løsninger, både når det gjelder befuktningsmetode, vannrensing og varmegjenvinner, noe som kan gjøre det krevende å etablere enhetlige driftsrutiner eller anbefalinger. Oppgaven konkluderer med at indirekte adiabatisk kjøling har et tydelig potensial i norske bygg, men at dette avhenger av gjennomtenkt design, regelmessig tilsyn og bevissthet rundt risiko for mikrobiologisk vekst. Det anbefales videre arbeid for å følge opp driftsdata over tid, og spesielt for systemer med roterende varmegjenvinnere hvor risikoen for smitte fra avtrekk til tilluft er reell.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: OsloBygg KF.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208827

Summary: This master’s thesis investigates the performance of air-to-water heat pumps under Nordic climate conditions, with particular emphasis on cold climate operation, defrost cycles, alternating operation, and overall energy efficiency. Air-to-water systems offer lower installation costs compared to traditional ground source systems and are expected to play a key role in Norway’s future heating strategy, especially for residential and small commercial buildings. In collaboration with OsloMet and the Ocean lab facility, a reference installation consisting of three heat pumps in real operation was analyzed, providing a unique opportunity to study system behavior in a real educational building. The study employed a combination of theoretical heat load calculations, simulations in Simien and IDA ICE, and detailed analysis of operational data from LG heat pumps. Simien was used to estimate annual energy demand and assess the need for auxiliary heating under different pump configurations, while IDA ICE provided insights into the dynamic behavior of the heat pumps during defrost cycles. Real-world measurement data with second-level resolution were analyzed to compare simulated and actual performance, focusing on heating power, COP, power consumption, and defrost frequency. The reference building was modeled with modern envelope performance and realistic usage profiles to ensure a reliable basis for comparison. Results showed that alternating operation between multiple heat pumps significantly improved heating coverage and reduced auxiliary heating needs from 45.9% to 6.6 %. The system maintained stable heat delivery even during defrost cycles. Measurement data showed that COP values varied between 4.14 and 2.23 throughout the winter. On February 14th, the system achieved a COP of 3.48 at a mean outdoor temperature of –4.3 °C, while delivering 85.68 kWh of heat. Defrost typically occurred at outdoor temperatures between –7 °C and +2 °C combined with high relative humidity, lasting around three minutes. A single defrost cycle consumed approximately 0.16 kWh, and was often triggered following a drop in COP and heating output. Based on these observations, an adaptive defrost strategy was proposed using operational indicators and climatic conditions. In conclusion, properly dimensioned and controlled air-to-water heat pumps represent a robust and sustainable heating solution for the Norwegian climate. Alternating operation between multiple units offers clear benefits in terms of reduced auxiliary heating demand, lower energy use, and improved reliability. The study suggests further optimization through advanced control strategies, including condition-based defrosting and differentiated operation of units using the same type of refrigerant, but tailored to different load profiles or temperature zones. Despite some uncertainties—particularly regarding actual use of auxiliary heating and data limitations—the results provide a valuable foundation for further development of energy-efficient heating systems in cold climates.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven undersøker hvordan luft-til-vann-varmepumper presterer under nordiske klimaforhold, med særlig fokus på drift under kulde, avrimingsprosesser, alternerende drift og energieffektivitet. Luft-til-vann-løsninger har lavere installasjonskostnader enn tradisjonelle energibrønnanlegg, og forventes å bli en viktig del av Norges fremtidige oppvarmingsstrategi, spesielt for boliger og mindre bygg. I samarbeid med OsloMet og Ocean lab ble det analysert et referanseanlegg bestående av tre varmepumper i reell drift, noe som ga en unik mulighet til å studere systemets oppførsel i et faktisk undervisningsbygg. Studien benyttet en kombinasjon av teoretiske effektbehovsberegninger, simuleringer i Simien og IDA ICE, samt analyse av omfattende måledata fra LG-varmepumper. Simien ble brukt for å estimere årlig energibehov og vurdere spisslastbehov ved ulik varmepumpekonfigurasjon, mens IDA ICE ga innsikt i varmepumpenes respons under avrimingssykluser. Reelle måledata med sekundoppløsning ble analysert for å sammenligne simulert og faktisk drift, med særlig fokus på varmeeffekt, COP, strømforbruk og defrosthyppighet. Referansebygget ble modellert med moderne klimaskjerm og realistiske bruksforutsetninger, noe som styrket validiteten i sammenligningsgrunnlaget. Resultatene viste at alternerende drift mellom flere varmepumper gir betydelig bedre dekning av varmebehovet og reduserer spisslasten fra 45,9% til 6,6 %. Ved bruk av tre varmepumper opprettholdes jevn varmeleveranse selv under defrost. Måledata viste at COP varierer mellom 4,14 og 2,23 i løpet av vinteren. Et eksempel fra 14. februar viste en COP på 3,48 ved -4,3 °C og levert varme på 85,68 kWh. Defrost ble typisk aktivert ved utetemperaturer mellom -7 °C og +2 °C kombinert med høy luftfuktighet, og varte i omtrent 3 minutter. Enkeltanalyser viste at én syklus krevde rundt 0,16 kWh, og at defrost ofte ble trigget etter reduksjon i COP og varmeeffekt. På bakgrunn av dette ble en adaptiv defroststrategi foreslått, basert på driftsdata og klimatiske forhold. Konklusjonen er at luft-til-vann-varmepumper, når de er korrekt dimensjonert og styrt, representerer en robust og bærekraftig løsning for oppvarming i norsk klima. Drift med flere pumper som alternerer gir klare fordeler i form av redusert behov for spisslast, lavere energiforbruk og økt driftssikkerhet. Studien peker på at videre optimalisering kan oppnås gjennom avanserte styringsstrategier, inkludert tilstandsbasert avriming og differensiert drift av varmepumper med samme type arbeidsmedium. Til tross for enkelte usikkerheter, blant annet knyttet til spisslastens faktiske bruk og datatilgang, gir resultatene et solid grunnlag for videre utvikling av energieffektive varmeløsninger i kaldt klima.
Research project: : ECAHR (European Consortium for Advanced Heat Pump Research).
Supervisor(s): Moon K. KIM (OsloMet).
Acknowledgements: GK (Jens Harald Iversen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208829

Summary: The objective of this thesis was to investigate multi-objective optimization of the technical and economic aspects of building-integrated photovoltaics with a battery energy system as a supplementary system in order to achieve a higher degree of grid-independence. This focus on use of renewable energy for grid independence was motivated by the prospects of an increased cost of electricity and the overall threat of anthropogenic climate change. Energy simulations of a generic office building built according to TEK17 (the Norwegian building regulation) in IDA-ICE (software developed by EQUA) were performed to establish a foundation for optimization. The AutoMOO application in IDA-ICE was utilized for the optimization. The graphical scripting application included with IDA-ICE was utilized for pricing and technical and economic performance calculations. This thesis considers four different cases, two strict in an effort to achieve well suited solutions and two with the intention of creating a distinct pareto-frontier between technical and economic performance indicators. Overall, the optimization found that no configuration of BIPV will not achieve positive economic performance, but many achieved high degrees of self-sufficiency.
Norsk sammendrag: Målet for denne masteroppgaven var å undersøke muli-objektiv av de tekniske og økonomisk aspektene av bygningsintegrertfotovoltaisk utstyr med komplementert batterienergilagringssystem med mål å oppnå en høyere grad av nettverksuavhengighet. Fokuset på bruk av fornybar energi og høyere grad av uavhengighet fra strømnettet har sin bakgrunn i menneskeskapt klimaendringer og de økte strømkostnaddene de siste årene. Energisimuleringer av et kontorbygg bygget etter TEk17 ble foretatt i IDA-ICE (en programvare utviklet av selskapet EQUA) for å skape et grunnlag for optimalisering. AutoMOO applikasjonen i IDA-ICE ble brukt i optimaliseringsarbeidet. Applikasjonen for grafisk programmering i IDA-ICE ble brukt for prising og utregning av tekniske og økonomiske ytelsesfaktorer. Denne oppgaven ser på fire ulike optimaliseringstilfeller, to med strenge løsningskrav for å utregne løsninger med høyest mulig kvalitetsnivå og to med intensjon om å etablere en pareto-front mellom tekniske og økonomiske faktorer. Optimaliseringsarbeidet kom frem til at ingen konfigurasjon av BIPV vil makte positivt økonomisk resultat, men samtlige resultater makter gode resultater med hensyn til selvforsynthet.
Supervisor(s): Habtamu Bayera MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: EQUA (Viktoria Rusanen, Toni Pölönen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3208832