Summary: 189 countries, including Norway, have signed the Paris Agreement, pledging to drastically reduce greenhouse gas emissions’ environmental impact. Building materials contribute significantly to global greenhouse gas emissions. The building industry has a significant role to play in reducing greenhouse gas emissions and documenting both direct and indirect emissions. From a life cycle perspective, HVAC installations in buildings account for a significant part of the total greenhouse gas emissions from building materials. Unfortunately, emissions related to HVAC installations are still a young field, and a lack of knowledge and regulations means that they are frequently left out of life cycle assessments of building material. This thesis aims to fill this knowledge gap by addressing three goals:
Goal I: Map the knowledge base for life cycle assessment of HVAC installations. Goal II: Present representative values for greenhouse gas emissions related to HVAC installations. Goal III: Develop a suitable procedure for life cycle assessment of HVAC installations.
To achieve these goals, a literature review was conducted, a life cycle assessment of HVAC installations for a school building, and an analysis of the procedure for implementing LCA for HVAC installations. For goal I, the literature review as a whole suggests a limited knowledge base and a relatively new field of research. Five of the eight relevant studies covered in this thesis were published within the last two years. With Europe’s more explicit climate policy, there may be grounds to think that the accelerating trend in research will continue. To date, the knowledge base is deficient. Working on the LCA study for this thesis led to the conclusion that the knowledge base for LCA of HVAC installations is lacking, and that better procedures and additional EPDs are required. For goal II, a thorough life cycle assessment of HVAC installations was performed for the school building Voldsløkka school in Oslo. HVAC installations emit 194.44 kg CO₂e / m² BTA when the Norwegian energy mix is used, and 260.15 kg CO₂e / m² BTA when the EU28+Norway energy mix is used. This amounts to just under half of the total greenhouse gas emissions from a new school building. Replacement (B4) contributes the most to this emission, accounting for nearly half of it, followed by the production phase (C1-C4) and energy use in operation (B6). When the EU28 + Norway energy mix is used, the energy used in operation and the energy used in production are switched. The largest greenhouse gas emissions from HVAC installations are from air treatment, followed by heating and fire extinguishing systems. Air treatment contribute to 55 % (59 % with EU28 + Norway) of total greenhouse gas emissions from HVAC installations, with air handling units account for about quarter of it. Heating installations contribute to 17 % (16 % with EU28 + Norway) while fire extinguishing systems contribute to 12 % (9 % with EU28 + Norway). Goal III was met by presenting a proposal for a suitable procedure for LCA of plumbing installations in Chapter 6.
Norsk sammendrag: Gjennom Parisavtalen har 189 land, inkludert Norge, forpliktet seg til drastiske reduksjoner av miljøbelastningen av klimagassutslippene. Byggematerialer er en stor global kilde til menneskeskapte klimagassutslipp, og byggenæringen har et stort ansvar for å redusere og dokumentere både direkte og indirekte klimagassutslipp. I et livsløpsperspektiv utgjør VVS-installasjoner i bygg en betydelig del av det totale klimagassutslippet fra byggematerialer. Dessverre er utslipp fra VVS- installasjoner et fortsatt lite berørt tema, og mangel på kunnskap og regelverk medfører at det ofte blir ekskludert fra klimagassvurderinger av bygningsmateriale. Gjennom denne oppgaven er det ønskelig å bistå med å fylle dette kunnskapsvakuumet ved å svare ut tre mål:
Mål I: Kartlegge kunnskapsgrunnlaget for livsløpsvurdering av VVS-installasjoner. Mål II: Fremlegge representative verdier for klimagassutslipp fra VVS-installasjoner. Mål III: Utvikle en egnet prosedyre for livsløpsvurdering av VVS-installasjoner.
For å oppnå målene er det utført et litteraturstudie, en livsløpsvurdering av VVS-installasjoner for et casebygg og en analyse angående prosedyrer rundt gjennomføring av LCA for VVS-installasjoner. For mål I peker litteraturstudien i sin helhet på et smalt kunnskapsgrunnlag, og et fortsatt ungt forskningsfelt. Av de åtte relevante studiene analysert i denne oppgaven, er fem av dem publisert i løpet av de siste to årene. Med stadig tydeligere klimapolitikk i Europa, kan det være grunn til å tro at den akselererende trenden i forskningsfeltet vil fortsette. Per dags dato er kunnskapsgrunnlaget mangelfullt. Etter arbeidet med LCA-studien for denne oppgaven er konklusjonen at kunnskapsgrunnlaget for LCA av VVS-installasjoner er svakt, og at det er behov for bedre prosedyrer og flere EPDer. For mål II er det gjennomført en grundig livsløpsvurdering av VVS-installasjoner for skolebygget Voldsløkka skole i Oslo. VVS-installasjoner representerer et klimagassutslipp på 194,44 kg CO₂e/m² BTA ved bruk av norsk energimiks og 260,15 kg CO₂e/m² BTA ved bruk av energimiksen EU28+Norge. Dette utgjør litt under halvparten av et nytt skolebygg sitt totale klimagassutslipp. Utskiftning (B4) utgjør rundt halvparten av dette utslippet, og gir det største bidraget, etterfulgt av produksjonsfasen (C1-C4) og energibruk i drift (B6). Bruker man energimiksen EU28+Norge bytter energibruk i drift og produksjonsfasen plass. Utslipp fra luftbehandling bidrar mest til VVS-installasjoners totale klimagassutslipp, etterfulgt av varmeinstallasjoner og brannslokking. Luftbehandling utgjør 55 % (59 % med EU28+Norge) av VVS-installasjoners totale klimagassutslipp, der luftbehandlingsaggregat står for rundt en fjerdedel. Varmeinstallasjoner bidrar med 17 % (16 % med EU28+Norge) og brannslokking med 12 % (9 % med EU28+Norge). Mål III er oppnådd ved å presentere et forslag til en egnet prosedyre for LCA av VVS-installasjoner i kapittel 6.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Ann Karina LASSEN (OsloMet).
Acknowledgements: Multiconsult (Anders Liaøy, Simon Utstøl, Christian Steneng); OsloMet (Dimitrios Kraniotis og Peter Geoffrey Schild).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3030613

Summary: Ventilation plays a significant role in overall residential buildings’ energy budget. With constantly rising ambitions towards energy savings and improving indoor air quality, there lies a potential to test novel approaches and ventilation systems. This thesis takes a closer look at decentralised ventilation system with heat recovery (DV) and compares it to centralised ventilation system (CV) with hybrid ventilation component in terms of energy efficiency. Two different DV systems are investigated: Pair-Wise and Single-Unit. The former is characterized by simpler construction and installation, while the latter offers better heat recovery and possibility for heating and cooling built into the unit itself. IDA-ICE building simulation software has been used to execute several different simulations for a model of 3 small apartments placed in Oslo climate. Results on energy used, together with indoor climate indicators were obtained. Effects of wind- and buoyancy-driven air pressure difference have been taken into account when carrying out the simulation of DV systems, based on the literature. Main goal of the thesis was to investigate whether DV systems can outperform typical CV system in terms of energy, while keeping the indoor air quality on acceptable levels in terms of CO₂ concentrations and thermal comfort. Side research questions regarded Adaptive Thermal Comfort for hybrid and natural ventilation simulations, placement of DV units within the apartment space and comparison between IDA-ICE and SIMIEN when it comes to compliance test according to TEK17 has been investigated. Results show that, given the chosen set of boundary conditions and model of DV in IDA-ICE, it is centralised ventilation system that offers best performance energy wise. Single-Unit DV came out with slightly worse energy performance, while Pair-Wise turned out to be the least efficient system. CV met TEK17 energy requirements (§ 14-2) in all analysed scenario while DV-P exceeded this requirement, especially due to substantial energy used for heating. Indoor climate results show that all systems are within acceptable levels, with DV showing better conditions then CV in some cases. Analysis of the placement of DV within apartment space, together with potential consequences has been presented. Impact of air pressure differences due to buoyancy and wind-stack effect has been investigated and simulated, without concluding evidence as to how they affect energy consumption.
Norsk sammendrag: Ventilasjon spiller en betydelig rolle i det totale energibudsjettet til boligbygg. Med stadig økende ambisjoner om energisparing og forbedring av inneluftkvaliteten, ligger det et potensial for å teste nye tilnærminger og ventilasjonssystemer. Denne oppgaven ser nærmere på desentralisert ventilasjonssystem med varmegjenvinning (DV) og sammenligner det med velkjent sentralisert ventilasjonssystem (CV) når det gjelder energi forbruk. To DV-systemer er undersøkt: Pair-Wise og Single-Unit. Førstnevnte kjennetegnes ved enklere konstruksjon og installasjon, mens sistnevnte gir bedre varmegjenvinning og mulighet for oppvarming og kjøling innebygd i selve enheten. IDA-ICE simuleringsverktøy har blitt brukt til å utføre flere ulike simuleringer for en modell av en liten leilighet plassert i Oslo klima. Det ble oppnådd resultater på energi forbruk, sammen med inneklimaindikatorer og følsomhet for varmegjenvinningsfunksjon. Simuleringer ble utført i dimensjonerende sommer- og vinter forhold. I tillegg ble det gjennomført årlige og sesongmessige energi simuleringer.. Hovedmålet med oppgaven var å undersøke om DV-systemer kan utkonkurrere typiske CV-systemer når det gjelder energi, samtidig som den holder inneluftkvaliteten på akseptable nivåer når det gjelder CO₂-konsentrasjoner og termisk komfort. Sideforskningsspørsmål betraktet Adaptive Thermal Comfort for hybrid- og naturlig ventilasjonssimuleringer, plassering av DV-enheter innenfor leilighetsrommet og sammenligning mellom IDA-ICE og SIMIEN når det gjelder samsvarstest i henhold til TEK17 er undersøkt. Resultatene viser at, gitt det valgte settet med grensebetingelser og modell av DV i IDA-ICE, er det sentralisert ventilasjonssystem som gir best ytelse energimessig. Single-Unit DV kom ut med litt dårligere energiytelse, mens Pair-Wise viste seg å være det minst effektive systemet. CV oppfylte TEK17 energikravene (§ 14-2) i alle analyserte scenarier mens DV-P oversteg dette kravet, spesielt på grunn av betydelig energi brukt til oppvarming. Inneklimaresultater viser at alle systemer er innenfor akseptable nivåer, med DV som viser bedre forhold enn CV i noen tilfeller. Analyse av plassering av DV innenfor leilighetsareal, sammen med potensielle konsekvenser er presentert. Påvirkning av lufttrykksforskjeller på grunn av oppdrift og vindstabeleffekt er undersøkt og simulert, uten konkluderende bevis for hvordan de påvirker energiforbruket.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Moon K. Kim).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3040510

Summary: The global Covid-19 pandemic has increased the interest in viral transmission of viruses. One can also argue that the same mechanisms that helped SARS-COV 2 spread so rapidly throughout the world have increased the relevance of the field. Recent studies claim that airborne transmission of viruses play an important role in the spread of viruses. The technology of computational fluid dynamics (CFD) and machine learning tools within the area of viral transmission of particles, especially viruses, have developed significantly the last years, followed by increased use of the tools. This work aims to explore realistic scenarios of human respiratory events in an indoor environment. A FVM based 3D based multiphase solver, with an adaptive mesh refinement function, is used to solve the compressible multi-component fluid with an Eulerian-Lagrangian approach. This thesis uses realistic scenarios of respiratory events. Latest research claim that particles with very low diameters remain airborne for longer periods. Therefore, is a cut-off function of the evaporation when the droplet diameter becomes smaller than 5 μm implemented, in addition to a thermal difference between the person and the surroundings analyzis. To investigate the respiratory events in the indoor environment, nine simulation cases are considered. The considered cases were, mainly, performed in a typical single person office with one person breathing and coughing. In addition, one simulation investigates the same office setup with two people breathing and talking. The novelty of the present works lies in the fact that a combination of realistic breathingcoughing / breathing-talking scenarios together with cut-off evaporation to resolve micro-droplets including the thermal effects were analyzed. The implementation is first verified with an elevator setup. Then, a preliminary sensitivity analysis of two-equation turbulence models. The results show no significantly variations between the tested models, and the results are in accordance with the literature. The results indicate that ACH variation influences the droplets in the room significantly. The results show that higher values of the ACH will disperse the droplets in the domain at a faster rate than the lover ACH. This is an interesting aspect in relation to the risk of infection spread via airborne particles and how ventilation can be used as a strategy for reduction of the spread of infection. Lastly, the implemented methods are demonstrated in a realistic scenario with two persons breathing and talking. The results highlight the connection between the thermal plume, the trajectories of the droplets and the flow filed in the computational domain.
Norsk sammendrag: Nyere forsking peker mot at luftbåren smitte spiller en viktig rolle i spredningen av smittsome virus. Grunnet den globale pandemien Covid-19 har interessen for, og relevansen av, studier som undersøker luftbåren smittespredning økt betraktelig. Bruken av CFD- og maksinlærings verktøy innenfor området er svært relevant, og har hatt en stor økning den siste tiden. Denne masteroppgaven utforsker hvordan dråper fra pusting, hosting og snakking i realistiske innendørs senarioer sprer seg i rommet. I oppgaven blir et avansert FVM og 3D basert simulerings program,som baserer seg på en Eulerian-Lagrangian tilnærming til hvordan spytt som eksahelses oppførser seg i gassog væske fasen, benyttet. Forsking fra nyere tid hevder at ekshalerte partikler kan forbli luftbåerne over lengere perioder, og et av målene i oppgaven er å undersøke hvordan disse små partiklene, som forblir luftbårene, oppfører seg. For å se nærmere på dette er det lagt inn en funskjon som stopper fordampningsprosessen til en dråpe når diameteren er 5 μm eller lavere. I tillegg er det lagt inn en temperaturdifferanse mellom omgivelsene og personen i modelen, for å obervere effekten av dette. Det er sett opp ni simuleringscaser, casene er basert på et typsik cellekontor med en person som puster og hoster. I de første fem casene varieres valg av turbulens modeller, der målet er å undersøke hvor sensitiv simuleringen er for valg av modell. I de tre neste casene varieres ventilasjonsluftmengdene i kontoret for å evaluere hvordan dråpene fra pusting og hosting sprer seg i rommet, distribusjon av dråpestrørrelser og utvalgte andre parametere. Til slutt er det satt opp en case hvor en person nummer to kommer inn i rommet og står ved døren. I denne simuleringen er det lagt inn en realistisk sekvens med pusting og prating. Resultatene presenterer en sensitivitetsanalyse av de ulike turbulensmodellene. Resultatene viser få merkbare variasjoner mellom de ulike modellene, men er i samsvar med tidligere forskning. Resultatene fra simuleringene med variasjoner av luftmengdene peker mot at ulike luftmengder i stor grad vil påvirke spredningen av dråper i rommet. Høye luftmengder vil raskere spre dråpene ut over i hele rommet enn det lavere luftmengder vil. De implementerte metodene er, til slutt, demonstrert i et realistisk scenario med to personer som puster og snakker, resultatene fremhever sammenhengen mellom termiske plume, spedning av dråper og luftstrømingene i rommet.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet); Joanna Maria BADACH (OsloMet, Gdańsk University of Technology).
Acknowledgements: Convergent Science GmbH, Austria (Suresh Kumar Nambully).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3024029

Summary: This master’s thesis examines a ground source heat system of 18 energy wells installed at Oslo Kristine Senter (OKS) located in Lillestrøm municipality. The overall theme of the thesis is optimization. The problem statement is designed as an investigation into the possibilities of reducing operating costs in a geothermal heating system. This was specified by studying the connection between the volume flows in the collectors in the boreholes and the circulation pump that circulates the working medium in said collectors. The purpose is to investigate the possibilities for energy efficiency and cost reduction by finding optimal volume flows in the collectors that give the lowest possible pressure drop. This without affecting the extraction of thermal energy from the well park. The task was designed in Matlab. Two Matlab scripts were developed – one with a deterministic approach and one for optimization. The deterministic script represents today’s operation, where the input parameters agree with the design of the ground source heating system at OKS, and the values of the 18 volume flows are taken from the adjustment protocol. The results have served as a picture of today’s pressure drop and as a reference basis for the optimization. The optimization script is based on the deterministic Matlab script and is developed according to procedures described in the user manual ’Optimization Toolbox’. Three optimization scenarios were established. The scenarios study how the pressure loss varies with different permitted upper and lower limits for the working range of the volume flows. The script was coded to solve for optimized volume flows that give the least pressure loss, as well as the associated Reynolds numbers, the valves’ opening degree and Kv- value. The operating scenario investigated applies to maximal capacity during the heating season where the flow through the circulation pump is set to its maximum. A parameter study was also undertaken for how the pressure drop in the plant was changed by the different working fluids; Water, HX24 and HX35. HX24 and HX35 were investigated at the temperatures -3 to 4 °C and water for temperatures 1- 4°C. The impact of the pipes roughness was also studied. From the deterministic script, the total pressure drop was found to be 250.9 kPa, where the pressure drop in the energy wells was 180.9 kPa and the pressure drop across the evaporator in the heat pump was 70 kPa. The three optimization scenarios produced a reduction of pressure drop of 4.75 %, 8.3 % and 23.3 % respectively. For pump operation, this corresponded to a reduction of 3.2 %, 5.5 % and 17 %. The pressure drop found in the deterministic approach indicated that the circulation pump at OKS is undersized. Only one of the optimization scenarios gave a pressure drop low enough to be implemented at OKS without requiring any adjustments to the existing circulation pump. This is the scenario where the pressure drop is reduced by 23.3 % The Matlab scripts are designed specifically according to the pipe structure at OKS but can be further modified for use in other ground source heating systems. This master thesis can be regarded as a proposal on how to carry out energy monitoring and efficiency improvements, and how to utilize available energy sources in the best possible way.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven omhandler et bergvarmesystem med 18 energibrønner installert ved Oslo Kristne Senter (OKS) i Lillestrøm kommune. Den gjennomgående tematikken for oppgaven er optimalisering. Problemstillingen er utformet som en undersøkelse av mulighetene til å redusere driftskostnader i et bergvarmeanlegg. Dette ble spesifisert til å omhandle sammenhengen mellom volumstrømmene i kollektorslangene i borehullene og sirkulasjonspumpen som sirkulerer arbeidsmediet i nevnte kollektorer. Formålet er å undersøke mulighetene for energieffektivisering og kostnadsreduksjon ved å finne optimale volumstrømmer i kollektorene som gir lavest mulig trykkfall. Dette uten at det påvirker uttaket av varmeenergien fra brønnparken. Oppgaven ble utformet i Matlab. Det ble utformet to Matlab- script – et med en deterministisk tilnærming og ett for optimalisering. Det deterministiske scriptet representerer dagens drift, hvor inputparameterne samstemmer med utformingen av bergvarmeanlegget ved OKS og verdiene til de 18 volumstrømmene er hentet fra innreguleringsprotokollen. Resultatene har fungert som en bilde på dagens trykkfall og som et referansegrunnlag til optimaliseringen. Optimaliseringsscriptet baserer seg på det deterministiske Matlab- scriptet og er utformet etter fremgangsmåte beskrevet i brukermanualen ’Optimalization Toolbox’. Det ble etablert tre optimaliseringscenarioer. Scenarioene studerer hvordan trykktapet varierer med forskjellige tillatte øvre og nedre grenser for arbeidsområdet til volumstrømmene. Scriptet ble kodet til å løse for optimaliserte volumstrømmer som gir lavest trykktap, samt tilhørende Reynoldstall, rattinnstillinger og Kv- verdier. Driftsscenarioet som ble undersøkt gjelder for maksimal kapasitet i fyringssesongen hvor gjennomstrømningen i sirkulasjonspumpen er på maksimum. Det ble også foretatt et parameterstudie for hvordan trykkfallet i anlegget endret seg ved forskjellige arbeidsmedier; Vann, HX24 og HX35. HX24 og HX35 ble undersøkt ved temperaturene -3 til 4°C og vann for temperaturene 1- 4°C. Innvirkningen av ruhet i rørene ble også studert. Fra det deterministiske scriptet ble totalt trykkfall funnet til å være 250.9 kPa, hvor trykkfallet i brønnparken utgjorde 180.9 kPa og trykkfall over fordamperen i varmepumpen er 70 kPa. De tre optimaliseringscenarioene ga en reduksjon i trykkfall på henholdsvis 4.75 %, 8.3 % og 23.3 %. For pumpedrift tilsvarte det en reduksjon på 3.2 %, 5.5 % og 17 %. Trykkfallsberegning som fremkom i den deterministiske tilnærmingen indikerte at sirkulasjonspumpen ved OKS er underdimensjonert. Kun ett av optimaliseringsscenarioene ga et trykktap lavt nok til å kunne implementeres ved OKS uten å måtte foreta justeringer på dagens installerte sirkulasjonspumpe. Dette gjelder scenarioet hvor trykkfallet er redusert med 23.3% Matlab- scriptene er utformet spesifikt etter rørstrukturen ved OKS, men kan videreutvikles slik at de kan benyttes for andre bergvarmeanlegg. Oppgaven kan ansees som et bidrag til energioppfølging og -effektivisering, og hvordan det er mulig å utnytte tilgjengelige energikilder på best mulig måte.
Supervisor(s): Rebecca ALLEN (OsloMet).
Acknowledgements: Nordisk Energikontroll (Kjell Øvrebø); Fabian AS (Morten Eddie Jacobsen); Wilo.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3040385

Summary: Indoor swimming pools are extremely popular leisure and sports facilities all over the world. If they are compared to ordinary buildings, there would be several unique designs in terms of ventilation, heating and dehumidification. In order to maintain thermal comfort, it is necessary to have a high air temperature. The air is also affected by ventilation and water treatment system. In order to maintain a low energy requirement, it is necessary to have recirculated air when it comes to swimming pools. Bærum Swimming Hall is located on Rud and was opened on 16 August 2022. The swimming facility itself is one of Norway’s most climate and energy-friendly swimming facilities. It is also Norway’s first BREEAM-certified bathing facility. Ventilation system used in the hall is displacement ventilation, with supply air ducts next to windows, and a large exhaust duct located on a wall. The ventilation system uses sensors for Relative Humidity and Air Temperature. The aim of the task is to create a more advanced control algorithm for ventilation where personal load is taken into account at the same time as CO₂, RF, Air Temperature, and Ventilation air volumes. The whole task is about indoor climate and thermal comfort. Field work was conducted in the swimming pool at Rud. Measurement of Relative Humidity, Air Temperature, CO₂, air velocity was done, at the same time the evaporation was calculated. Two variations of measurements were made. A measurement where it was measured in 10 points around the pool, and a log measurement, where it was measured over a day in one point. In addition, a questionnaire was distributed, where everyone who was present could fill it out and give their feedback on the indoor climate. After field work was completed, graphs and tables were made, and then they were compared with different standards and regulations. By comparing CO₂ levels over a day and number of people, and RF over a day and number of people, it was seen visually that there is a much greater connection between CO₂ and number of people than there is between RF and number of people. After a correlation analysis was done, it became clear that it was thought correctly, and that CO₂ is more correlated with the number of people than it is RF. Therefore, CO₂ was used as an independent variable for the regression analysis. Which was performed on excel. The algorithm that was created for predicting CO₂ concentration consists of the following parameters: Number of People, Relative Humidity, Fresh Air, Recirculated Air and Air Temperature. The algorithm is most affected by Air Temperature (-23.99), i.e., with each increase of 1oC the CO₂ level drops by -23.99 (due to the minus sign), and RF (4.3), while the number of people affects it by only 2.6. The default error for the model is 53.63. The average CO₂ level is around 550, which makes the Standard Error around 10%. That is, it is good. Three different simulations were performed with the algorithm, day mode, night mode and random operation. It turned out that the algorithm shows the lowest values at night, since then it is very high air temperature, and Standard Error is then around 40, while for daytime operation it is around 60. While for random operation it showed to predict well enough, but LT plays very big role. If CO₂ outside was also logged, it would be much better, since then we would have a reference concentration that could make the model much better. The survey showed that there are many who are happy with the indoor climate, but there are more who experience that it is too hot or too cold, but due to gender, age and other factors, it is acceptable. But since there are a limited number of people who responded to it, no conclusion can be drawn.
Norsk sammendrag: Innadørs svømmehaller er veldig populære fritids og sports anlegg over hele verden. Hvis de sammenlignes med vanlige bygg, ville det fås flere forskjellige utfordringer når det gjelder ventilasjon, oppvarming og avfuktning. For å kunne opprettholde termisk komfort, er det nødvendig å ha høy lufttemperatur. Luften er også påvirket av ventilasjon og vannbehandlingssystem. For å beholde lavt energibehov så er det nødvendig med omluft når det gjelder svømmehaller. Bærum Svømmehallen ligger på Rud og ble åpen den 16. august 2022. Selve svømmeanlegget er et av Norges mest klima og energivennlige svømmeanlegg. Den er også Norges første BREEAM- sertifiserte badeanlegg. Ventilasjonssystem som brukes i hallen er fortrengningsventilasjon, med tilluftskanaler ved siden av vinduer, og en stor avtrekkskanal som er plassert på en vegg. Ventilasjonssystemet bruker sensorer for Relativ Fuktighet og Luft Temperatur. Målet med denne oppgaven er å lage en mer avansert styringsalgoritme for ventilasjon hvor personbelastning tas i hensyn samtidig med CO₂, RF, Luft Temperatur, og Ventilasjonsluftmengder. Hele oppgaven dreier seg om inneklima og termisk komfort. Feltarbeid ble utført i svømmehallen på Rud. Måling av Relativ Fuktighet, Luft Temperatur, CO₂, luft hastighet ble gjort, samtidig ble det gjort beregning av fordampningen. Det ble gjort to variasjoner av målinger. En måling hvor det ble målt i 10 punkter rundt i bassenget, og en logg måling, hvor det ble målt over et døgn i et punkt. I tillegg ble det delt ut spørreundersøkelse skjema, hvor alle som var til stede kunne fylle den inn, og gi deres tilbakemelding om inneklima. Etter at feltarbeid ble ferdig, ble det lagd grafer og tabeller, og deretter ble de sammenlignet med forskjellige standarder og forskrifter. Ved å sammenligne CO₂ nivå over et døgn og antall mennesker, og RF over et døgn og antall mennesker, ble det sett visuelt at det er mye større sammenheng mellom CO₂ og antall mennesker enn det er mellom RF og antall mennesker. Etter at det ble gjort en korrelasjonsanalyse, ble det bevisst at det ble tenkt riktig, og at CO₂ er mer korrelert med antall mennesker enn det er RF. Derfor ble det brukt CO₂ som uavhengig variabel for regresjonsanalysen. Som ble utført på excel. Algoritmen som ble lagd for predikering av CO₂ konsentrasjon består av følgende parameter: Antall Mennesker, Relativ Fuktighet, Friskluft, Omluft og Luft Temperatur. Algoritmen blir mest påvirket av Luft Temperatur (-23.99), det vil si ved hver økning av 1oC faller CO₂ nivå med -23.99(på grunn av minus tegnet), og RF(4.3), mens antall mennesker påvirker den med kun 2.6. Standard Error for modellen er 53.63. Den gjennomsnittlige CO₂ nivå er rundt 550, som gjør at Standard Error blir rundt 10%. Det vil si at den er bra. Det ble gjort tre forskjellige simuleringer med algoritmen, dagdrift, nattdrift og tilfeldig drift. Det viste seg at algoritmen viser laveste verdier om natta, siden da er det veldig høy lufttemperatur, og Standard Error blir da rundt 40, mens for dagdrift er den rundt 60. Mens for tilfeldig drift viste den å predikere bra nok, men LT spiller veldig stor rolle. Hvis CO₂ ute ble også logget ville det vært mye bedre, siden da ville vi hatt en referansekonsentrasjon som kunne gjøre modellen mye bedre. Spørreundersøkelsen viste at det er mange som er fornøyde med inneklima, men det er flere som opplever at det er for varmt eller for kaldt, men på grunn av kjønn, alder og andre faktorer er det akseptabelt. Men Siden det er et begrenset antall mennesker som svarte på den så kan det ikke trekkes noe konklusjon.
Supervisor(s): Wolfgang KAMPEL (OsloMet, Multiconsult).
Acknowledgements: NTNU-SIAT Senter for idrettsanlegg og teknology (Bjørn Aas); Rud Svømmehall.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023491

Summary: The major goal of this master’s thesis is to examine the efficiency of the three natural refrigerants ammonia, CO₂, and propane in a variety of scenarios to find optimal operating conditions. It was taken into consideration that the heating system’s outgoing temperatures varies with the outside temperature, affecting heating performance and COP. Furthermore, unit data for each of the refrigerants was used to produce the most realistic results possible. In this master’s thesis nominal calculations were performed, a mathematical model was created in EES, and thermodynamic analysis were performed in the Coolpack software. A thermodynamic analysis of the three natural refrigerants ammonia, CO₂, and propane has been performed below, using geothermal heat and air as heat sources. Apartment complexes, nursing homes, and office buildings were all used to simulate all the natural refrigerants. Two areas were used for each building category, one average for Norway and one larger building. To have a wide variety of dimensioning energy requirements for heating, each of the categories was also designed according to TEK 97 and the passive house standard. The use of air as a heat source versus geothermal heat demonstrated significant differences in nominal calculations and thermodynamic analyses, with geothermal heat with a temperature of 2-8 ° C giving a more consistent COP in all circumstances. The heat pump systems were also affected by the building standard, due to increased heating demand and supply temperatures for TEK97 compared to the passive house standard. When the heating demand was more than 115 kW, the ammonia heat pump performed best at supply temperatures of 50-40 ° C. On the coldest day, ammonia delivered a steady COP of roughly 1.5 – 3.9 while using geothermal heat as a heat source. Because ammonia has the highest critical temperature, it has the lowest mass flow of the three refrigerants, resulting in smaller pipes and valves. A CO₂ heat pump can supply higher temperatures to the heating system than ammonia or propane due to its high operating pressure and is thus more suitable when the supply temperature is high, as with TEK97. On the coldest day, the most advantageous gas cooling pressures were around 75-90 bar at given return temperatures, and the CO₂ heat pump delivered COP between 3.5 – 3.9 with geothermal heat as a heat source and about 2.3 – 2.5 with air as a heat source. A good solution is to link heat loads in sequence according to diminishing temperature needs. When the heating demand was less than 100 kW and the supply temperature was less than 60 ° C, the propane heat pump performed optimally. On the coldest day, the COP ranged from 1.9 to 3.3 while using geothermal heat and from 0.2 to 1.9 when using air.
Norsk sammendrag: Hovedhensikten med denne masteroppgaven er å avdekke gunstige driftsområder for de tre naturlige kuldemediene ammoniakk, CO₂ og propan ved å undersøke effektiviteten gjennom en rekke forskjellige scenarioer. Det er tatt høyde for at tur- og returtemperaturen til varmesystemet endrer seg med utendørs temperatur, som gjør utslag på varmepumpens varmeytelse og COP. For å fremstille så realistiske resultater som mulig, er det benyttet aggregatdata for hvert kuldemedium. I denne masteroppgaven er det utført nominelle beregninger basert på aggregatdata, utarbeidet en matematisk modell i EES og gjennomført termodynamiske analyser i programvaren Coolpack. Herunder er det utført en termodynamisk analyse av de tre naturlige kuldemediene ammoniakk, CO₂ og propan, hvor det er anvendt bergvarme og luft som varmekilde. De naturlige kuldemediene ble simulert på bygningskategoriene boligblokk, sykehjem og kontorbygg. For hver bygningskategori ble det forutsatt to arealer, ett gjennomsnittlig for Norge, samt ett større bygg. Hver av kategoriene ble også utformet etter TEK 97 og passivhusstandarden, for å få et bredt spekter av dimensjonerende effektbehov til oppvarming. Nominelle beregninger og termodynamiske analyser viste store forskjeller ved bruk av luft som varmekilde kontra bergvarme, hvor bergvarme med en temperatur fra 2-8 °C gir en mer stabil COP ved alle tilfeller. Valg av byggestandard viste seg å ha innvirkning på varmepumpesystemene, hovedsakelig ved økt dimensjonerende effektbehov til oppvarming og temperatur til varmesystemet ved TEK97 sammenlignet med passivhusstandarden. Ammoniakk varmepumpen fungerte best ved turtemperaturer mellom 50-40 °C, hvor dimensjonerende effektbehov til oppvarming var mer enn 115 kW. Ved bruk av bergvarme som varmekilde leverte ammoniakk stabil COP på rundt 1,5 – 3,9 på kaldeste dag. Den høye kritiske temperaturen til ammoniakk gjør at massestrømmen blir lavest ut av de tre kuldemediene, noe som resulterer i redusert rør- og ventildimensjon. En CO₂ varmepumpe kan, med sitt høye driftstrykk, levere høyere temperaturer til varmesystemet enn ammoniakk og propan, og er derfor mer egnet når turtemperaturen er høy, som ved TEK97. Ved gitte returtemperaturer var mest gunstige gasskjøletrykk et sted mellom 75-90 bar, og ved bergvarme som varmekilde leverte CO₂ varmepumpen COP mellom 3,5 – 3,9 og rundt 2,3 – 2,5 med luft som varmekilde, på kaldeste dag. Herunder er seriekobling av varmelaster etter synkende temperaturbehov en god løsning. Propan varmepumpen fungerte best når dimensjonerende effektbehov til oppvarming var under 100 kW, samt en turtemperatur under 60 °C. COP lå mellom 1,9 – 3,3 ved bruk av bergvarme og fra 0,2 – 1,9 ved bruk av luft, på kaldeste dag.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: COWI (Jørn Stene).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023475

Summary: In Norway, more people are expected to move to the cities in the coming years[1], and in Oslo, there is a need for more new homes and jobs in line with urbanization. In order for these new buildings to lead to the least possible need for transport and greenhouse gas emissions, the municipal plan’s urban development strategy stipulates that the densest construction should be carried out centrally in the city and at public transport hubs [2]. The municipality of Oslo has proposed a new high-rise strategy to increase densification, the goal of which is to contribute to robust and climate-friendly urban development by building higher in more places in Oslo[3]. There are several special issues in high-rise buildings; higher heights can have an impact on energy use, indoor climate, and construction. But another important factor is escape safety. A large proportion of users in high-rise buildings will end up outside the reach of fire department ladder trucks [4], which would otherwise provide an opportunity for rescue if the escape staircase were to become smoke-filled. One solution for this is to establish features in the stairwells that protect against smoke penetration during an escape scenario. The technical regulations state two ways to achieve this, either by having intermediate spaces open to the outside, or by pressurizing the stairwell [5]. Pressurization is the use of fan systems that will create a positive pressure in the stairwell, and the addition of fresh air will prevent smoke from entering the stairwell. The technical regulations refer to two sources for the design and construction of pressurized stairwells; a series of European standards [6], and a guideline in the Building Research Series of SINTEF [7]. These two sources describe pressurization differently, and can make a difference in the quality and cost of the system. The guideline has been based on a guide from the Directorate of Building Quality (DiBK), this guide was valid before 2010 and is no longer up to date with current building regulations [8]. Nevertheless, both the guide and the guideline based on its solutions have been used when designing new pressurized stairwells. In May 2022, a new European standard for pressurized stairwells was also published, 12101-13:2022 [6]. Based on this, an issue was established: A new European standard for pressurized stairwells has been introduced. In Norway, a building practice based on an outdated basis is used. Do pressurized stairwells in Norway function satisfactorily, and should Norwegian practice now switch to a European standard? In this study, 22 pressurized stairwells in Oslo and Viken have been investigated. Ten of the stairwells underwent extensive field tests to document the function of the pressurization, these were at a height of between 10 and 20 floors distributed over four buildings completed in 2020 – 2022. Five key characteristics were put in focus:
• General system structure. • Pressure difference between stairwell and adjacent rooms. • Smoke displacement capacity at fire floors. • Accessibility of escape stairs. • Documentation and test routine.
Relevant European standards, Byggforsk’s instructions, and the thematic guide were reviewed and compared. In addition, input was taken from professionals within relevant disciplines, as well as a literature search of research relevant to pressurized stairwells. After the above-mentioned investigations, it was found that only three of the ten tested systems both complied with the performance defined in the building technical regulations and the recommended pressure and air velocities in Byggforsk’s instructions 520.380. Deviations were also found in visited facilities where the systems were not in line with pre-accepted performance. None of the buildings were found to have sufficient and correct documentation, and it was also found that routine tests and full-scale tests were normally carried out without measuring key properties. Apparently, none of the buildings examined were found to be designed in accordance with NS-EN 12101 standards for pressurization of stairwells. It was concluded that pressurized stairwells in Norway apparently do not function satisfactorily. There is a call for higher expectations for escape routes in high-rise buildings, and for key features to be documented and tested to prove that the systems perform as expected. Existing frameworks and supporting literature must be urgently improved, and new European standards should be considered when designing new high-rise buildings.
Norsk sammendrag: I Norge er det forventet at flere personer flytter til byene i årene som kommer[1], i Oslo er det behov for flere nye boliger og arbeidsplasser i takt med urbaniseringen. For at disse nybyggene skal føre til minst mulig transportbehov og klimagassutslipp, fastsetter kommuneplanens byutviklingsstrategi at det skal bygges tettest sentralt i byen og i kollektivknutepunktene [2]. Oslo kommune har foreslått en ny høyhusstrategi for å øke fortetningen, målet er å bidra til en robust og klimavennlig byutvikling ved å bygge høyere flere steder i Oslo[3]. Det er flere spesielle problemstillinger i høyhus, større høyder kan ha betydning for energibruk, inneklima, og konstruksjon. Men en annen viktig faktor er rømningssikkerhet. En stor andel av brukerne i høyhusene vil havne utenfor rekkevidden til brannvesenets stigebiler [4], som ellers ville gitt mulighet for redning hvis rømningstrapp skulle bli røykfylt. En løsning for dette er å etablere egenskaper i trapperommene som sikrer mot røykinntrengning under rømningsscenario. Teknisk forskrift oppgir to måter å oppnå dette på, enten ved at mellomliggende rom er åpen mot det fri, eller ved at trapperommet trykksettes [5]. Trykksetting er å bruke viftesystemer som skal sette positivt trykk i trapperommet, tilskuddet av frisk luft skal hindre røyken i å tilløpe trapperommet. Byggteknisk forskrift viser til to kilder for prosjektering og utførelse av trykksatte trapperom; en serie europeiske standarder [6], og en anvisning i Byggforskserien til SINTEF [7]. Disse to kildene beskriver trykksetting ulikt, og kan gi forskjell i systemets kvalitet og kostnad. Anvisningen har blitt basert på en veileder fra Direktoratet for byggkvalitet (DiBK), denne veilederen var gyldig før 2010 og er ikke lenger à jour med dagens byggeregler [8]. Likevel har både veilederen og anvisningen basert på dens løsninger blitt tatt i bruk ved utforming av nye trykksatte trapperom. I mai 2022 ble det også publisert en ny europeisk standard for trykksatte trapperom, 12101-13:2022 [6]. Ut fra dette ble en problemstilling etablert: Det har kommet en ny europeisk standard på trykksatte trapperom. I Norge benyttes en byggeskikk basert på utdatert grunnlag. Fungerer trykksatte trapperom i Norge tilfredsstillende, og bør norsk praksis nå gå over til europeisk standard? I dette studie har 22 trykksatte trapperom i Oslo og Viken blitt undersøkt. Ti av trapperommene gjennomgikk omfattende felttester for å dokumentere funksjonen til trykksettingen, disse var på en høyde mellom 10 og 20 etasjer fordelt på fire bygg ferdigstilt 2020 – 2022. Fem sentrale egenskaper ble satt i fokus:
• Generell systemoppbygning. • Trykkdifferanse mellom trapperom og tilstøtende rom. • Røykfortregningsevne ved brannetasje. • Tilgjengeligheten til rømningstrapp. • Dokumentasjon- og testrutine.
Relevante europeiske standarder, Byggforsk sin anvisning, og temaveilederen ble gjennomgått og sammenlignet. Det ble i tillegg tatt innspill fra fagpersoner innen relevante disipliner, samt et litteratursøk av forskning relevant til trykksatte trapperom. Etter overnevnte undersøkelser ble det funnet at kun tre av de ti testede systemene både overholdt ytelsene definert i byggteknisk forskrift og de anbefalte trykk- og lufthastigheter i Byggforsk anvisning 520.380. Det ble også funnet avvik i befarte anlegg hvor systemene ikke var i tråd med preaksepterte ytelser. Ingen av byggene ble funnet å ha tilstrekkelig og korrekt dokumentasjon, i tillegg ble funnet at rutinetester og fullskalatester normalt ble gjennomført uten at sentrale egenskaper ble målt. Tilsynelatende ingen av de undersøkte byggene var funnet prosjektert iht. NS-EN 12101- standarder for trykksetting av trapperom. Det ble konkludert med at trykksatte trapperom i Norge tilsynelatende ikke fungerer tilfredsstillende. Det etterlyses høyere forventninger til rømningsveier i høyhus, og at sentrale egenskaper dokumenteres og etterprøves for å bevise at systemene utøver forventet funksjon. Eksisterende rammeverk og støttelitteratur må snarest utbedres, og ny europeisk standard bør vurderes ved utforming av nye høyhus.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet); Eirik TRYGSTAD (Multiconsult).
Acknowledgements: Multiconsult (Eirik Trygstad, Christian Steneng, Vegard Ervik Olsen, Rune Standal); OsloMet (Peter Schild, Arnab Chaudhuri, Marius Lysebo, Habtamu Madessa, Ernst Erik Hempel, Nils Ledermann); Trox Auranor (Sturla Ingebrigtsen); Vifter & Miljø (Steffen Bjerkvoll); SINTEF Community (Aileen Yang, Bjørn Ludvigsen); Firesafe (Håkon Winterseth); Sweco (Leif Isaksen, Geir Fossum); Fokus Rådgivning (Tor Olav Mittet); Brann- og redningsetaten (Frode Michaelsen); Tradeco (Asbjørn Skimten); .
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3040381

Summary: Viral transmissions from human beings has emerged into a hot topic over the past several years as the world has faced severe repercussions on societies, economies and health following COVID-19. Understanding the dynamics of respiratory events such as coughing, breathing and speaking remains to be fully understood, especially in the mode of airborne transmission. This study presents a realistic approach to human breathing, coughing and speaking in a small double office considering scenarios involving static human beings as well as human motion. Utilizing a finite volume method based 3D multiphase flow solver, we assess the dispersion of droplets in various scenarios using both mixing ventilation (MV) and displacement ventilation (DV) with different air changes per hour (ACH). To analyze the transient behaviour of the respiratory particles within the domain a user defined function (UDF) is implemented that defines a cut-of radius of 2.5 μm to cease further evaporation. In comparison to MV, we detect a clear tendency that DV inhibits the dispersion of respiratory particles at both high and low ACH. In terms of particle removal, the current conditions make it difficult to determine which ventilation method is better. To reach a conclusion on the efficiency, more research is required.
Norsk sammendrag: Virale overføringer fra mennesker har blitt et mye omdiskutert tema i løpet av de siste årene, ettersom verdens samfunn, økonomi og helse har møtt alvorlige konsekvenser som følge av COVID-19. Forståelsen av dynamikken til respirasjonshendelser som hosting, pusting og snakking er fortsatt ufullstendig, spesielt i forhold til luftbåren smitte. Denne studien presenterer en realistisk tilnærming til menneskelig pusting, hosting og snakking i et lite dobbeltkontor, hvor en rekke scenarier som involverer stillesittende mennesker, i tillegg til mennesker i bevegelse blir undersøkt. Ved å bruke et “finite volume method” (FVM)-basert 3D simuleringsprogram for å løse den komplekse dynamikken, vurderer vi spredningen av dråper ved å undersøke både omrøringsventilasjon (MV) og fortrengningsventilasjon (DV) med forskjellige luftmengder (ACH). For å analysere strømningsmønsteret til partiklene i rommet, implementeres en brukerdefinert funksjon (UDF) som definerer en “cut-off” radius på 2,5 μm for å stoppe ytterligere fordampning av partiklene. Sammenlignet med MV, oppdaget vi en klar tendens til at DV hindrer spredningen av partikler ved både høye og lave luftmengder. Når det gjelder fjerning av partikler, fører den etablerte metoden til at det er vanskelig å avgjøre hvilken ventilasjonsmetode som fungerer best. For å komme til en endelig konklusjon om effektiviteten til ventilasjonsprinsippene er det nødvendig med ytterligere forskning på området.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: Convergent Science GmbH, Austria (Suresh Kumar Nambully).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023494

Summary: Today’s greenhouse gas emissions must be reduced if the goal of global warming below 2 or 1.5 degrees, according to the Paris Agreement, is to be achieved. Greenhouse gas emissions related to HVAC installations are currently underreported due to a lack of knowledge and data basis. The purpose of this thesis is to investigate HVAC installations’ impact on greenhouse gas accounts for an existing Norwegian school building. This was done by a life cycle analysis of the bound phases and energy use for a case building. Findings from previous studies indicate that HVAC installations account for a significant part of the total emissions to the building. Several of the studies conclude that ” replacement” is the module that makes up the most, as components are replaced up to several times during the estimated life of the building. The use of environmental declarations varies. Several studies conclude that generic values are not suitable for plumbing installations. Through a script in the software Revit, a material extract from a building model was imported into an Excel document. In this document, the life cycle accounts of all components were performed in accordance with standards and frameworks. Environmental data was collected from several European program operators and databases, with the aim of using as many product-specific environmental declarations as possible. Some environmental declarations do not cover the entire product life cycle, these declarations were supplemented in One Click LCA. In addition, an approximate reference building was prepared in the tool Carbon Designer to get an indication of how much HVAC installations make up of the total greenhouse gas emissions of a building. The results were also assessed against two reference values for greenhouse gas emissions from school buildings prepared by Asplan Viak and ZEN. The calculations for the case building show that HVAC installations account for 184 kgCO₂equ / m2BTA, of which approx. 67 percent of the emissions are related to materials and approx. 31 percent for energy use. The results from the three different scenarios indicate that HVAC installations account for 22-38 percent of the emissions associated with new buildings and 51-82 percent with rehabilitation building. According to previous studies, ” replacement ” is the module that makes up the most. Air treatment is the part of the building with the largest emissions, where air handling units and ducts make up a large proportion of the emissions. In addition, steel pipes make up a larger proportion of the emissions compared with plastic pipes in this study, as both the service life is longer and the weight is lower.
Norsk sammendrag: Dagens klimagassutslipp må reduseres dersom målet om en global oppvarming under 2 eller 1,5 grader i henhold til Paris-avtalen skal nås. Klimagassutslipp knyttet til VVS-installasjoner er i dag underrapportert på grunn av manglende kunnskap og datagrunnlag. Formålet med denne oppgaven er å undersøke VVS-installasjoner sin påvirkning på klimagassregnskap til et eksisterende norsk skolebygg. Dette ble utført ved en grundig livsløpsanalyse av de bundne fasene og energibruk i drift for en casebygning, der det ble skilt mellom dimensjon og størrelser på rør, kanaler og VVS-utstyr. Funn fra tidligere studier indikerer at VVS-installasjoner står for en betydelig del av det totale utslippet til bygget. Flere av studiene konkluderer med at ”utskiftning” er den modulen som utgjør mest, da komponenter byttes ut opp til flere ganger i løpet av estimert levetid for bygget. Bruken av miljødeklarasjoner varierer. Flere studier konkluderer med at generiske verdier ikke er egnet for VVS-installasjoner. Gjennom et script i programvaren Revit ble et materialuttak fra en bygningsmodell importert til et Excel-dokument. I dette dokumentet ble livsløpsregnskapet til alle komponentene utført i henhold til standarder og rammeverk. Miljødata ble samlet fra flere Europeiske programoperatører og databaser, med et mål å benytte mest mulig produktspesifikke miljødeklarasjoner. Enkelte miljødeklarasjoner omfattet ikke hele produktets livsløp, disse deklarasjonene ble supplert i One Click LCA. Det ble i tillegg utarbeidet et tilnærmet referansebygg i verktøyet Carbon Designer for å få en indikasjon på hvor mye VVS-installasjoner utgjør av det totale klimagassutslippet til et bygg. Resultatene ble også vurdert opp mot to referanseverdier for klimagassutslipp fra skolebygg utarbeidet av Asplan Viak og ZEN. Beregningene for case-bygningen viser at VVS-installasjoner står for 184 kgCO₂ekv/m2BTA, hvorav ca. 67 prosent av utslippene er knyttet til materialer og ca. 31 prosent til energibruk. Resultatene fra de tre ulike scenarioene indikerer at VVS-installasjoner står for 22-38 prosent av utslippene knyttet til nybygg og 51-82 prosent til et rehabiliteringsbygg. I samsvar med tidligere studier er ”utskiftning” den modulen som utgjør mest. Luftbehandling er den bygningsdelen med størst utslipp, der aggregater og kanaler utgjør en stor andel av utslippene. I tillegg utgjør stålrør en større andel av utslippet sammenlignet med plastrør i denne studien, da både levetiden er lengre og vekten er lavere.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Dimitrios KRANITOIS (OsloMet).
Acknowledgements: Multiconsult (Anders Liaøy, Simon Utstøl, Christian Steneng); GK (Mads Mysen); OsloMet (Peter Schild, Ann Karina Lassen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023337

Summary: The quality of the indoor environment directly influences our physical and mental health. With more and more time being spent indoor, it is becoming increasingly important to understand how fluids flow throughout a building. Fluid mechanics is an area of physics which defines the motion of fluid, and is used in many areas of engineering. Computational fluid dynamics (CFD) is a branch of this field where powerful hardware is used to solve complex fluid flow simulations. In this thesis a finite volume method (FVM) based CFD software was used, where the RANSequations with k 􀀀 turbulence model was used to solve 3D compressible multi-component fluid flow, utilizing an overset mesh strategy to deal with the rigid body motion of both different type of doors and a model human being. Two domains were defined, one containing a tracer gas mixture and the other air. A flow field was defined in the doorway separating the two domains where transient flow data was collected and used for post-processing. To verify the software being used a verification model was considered. All three door types used in the case model were also simulated here. This model was smaller in scale, and did not consider thermal effects or the rigid motion of a model person. A comparative analysis considering the cumulative mass exchange through the doorway was performed for each type of door. The results obtained from these matched with what previous numerical experiments have shown. The case models in this thesis advanced the work done in the verification model by introducing human motion and a temperature difference between the two domains, with a bigger computational domain. The preliminary results obtained from the simulations showed that the mass flux of SF6 was greatest with the hinged door. Previous studies have also showed that this type of door is associated with greatest mass transfer. The thermal analysis showed that the sliding door was responsible for transferring the most energy into the inner domain while the double sliding door transferred the most energy out from the inner domain. In conclusion, Star-CCM+ has proven to be a powerful tool. Simulating moving solids with an overset mesh is a valid approach when doing these kinds of numerical experiments. The computational power and time required to run these simulations is a limiting factor that should always be considered. The simulations run in this thesis are of special interest in hospital and cold storage settings.
Norsk sammendrag: Vår fysiske og mentale helse påvirkes direkte av kvaliteten av miljøet innendørs. Vi bruker mer og mer tid innendørs, derfor har det blitt meget viktig å forstå hvordan væsker beveger seg gjennom en bygning. Strømningsteknikk er et område innen fysikk som definerer bevegelsen til væsker, og brukes innenfor mange ingeniør-felt. CFD er et felt innen dette området hvor kraftig maskinvare blir brukt til å løse komplekse strømningssimulasjoner. I denne avhandligen blir en FVM basert CFD programvare brukt, hvor RANS-ligningene blir brukt sammen med k 􀀀 turbulens modellen for å løse for 3D komprimerbar multi-komponent strømning, ved bruk av en overordnet mesh strategi for å takle beveglesen av stive legmer – ulike typer dører og en modell av et menneske. To domener ble definert med den ene som inneholder en sporingsgass mikstur og den andre som inneholder luft. Et strømningsområde ble definert i døråpningen hvor ikke-stasjonære data ble samlet inn og ble brukt for etterbehandling. For å verifisere programvaren brukt ble en verifikasjonsmodell designet. Alle tre typer dører brukt i modellen ble også simulert her. Denne modellen hadde mindre dimensjoner, og tok ikke hensyn til termiske effekter eller menneskelig bevegelse. En komparativ analyse som vurderte den kumulative massen utvekslet gjennom døråpningen ble gjenomført for hver type dør. Resultatene fram disse simuleringene stemmer overens med det tidligere forskning har vist. Modellen i denne avhandlingen viderefør arbeidet gjort i verifikasjonsmodellen ved å introdusere menneskelig bevegelse samt en temperatur differanse mellom de to domenene. Dimensjonene i denne modellen ble også økt. De foreløpige resultatene fra disse simuleringene viser at masse fluksen til SF6 var størst med hengslet dør. Tidligere studier har vist at denne typen dør er assosiert med størst masse overføring. Den termiske analysen viste at skyvedøren overførte mest energi in til det indre domenet, mens dobbel skyvedøren overførte mest energy ut av det indre domenet. Det kan konluderes med at Star-CCM+ er et kraftig verktøy. Det å simulere bevegende solider med et overordnet mesh er en gyldig tilnærmning når slike numeriske eksperiment skal gjøres. Kraften og tiden som kreves av maskinvaren er en begrensende faktor og bør alltid overveies. Simuleringene fremført i denne avhandligen er av spesiell interesse for både sykehus og kjølelager.
Research project: : NN8005K (Adaptive and Efficient Solutions for Multiphysics in Indoor and Built Environment).
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: UNINETT Sigma2 AS.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023482

Summary: Increasing urbanization leads to more compact, area-efficient, and denser buildings. This leads to open kitchen solutions and challenges in finding effective ventilation solutions. Cooking is one of the largest sources of indoor air pollution, especially particles with an aerodynamic diameter up to 2.5 μm (PM2.5), which can lead to adverse health effects. The use of kitchen ventilators removes cooking emissions and thus reduces exposure. There are constantly new solutions for kitchen ventilators, which may lead to the need to consider making changes concerning requirements and recommendations for airflow rates. The downdraft ventilator is increasingly popular in Norway in late years. This study aims to investigate the performance of a downdraft ventilator compared with a traditional wall-mounted range hood. To examine this problem, various experiments were performed in the ventilation laboratory at SINTEF Community, with the aim to look closer into capture efficiency and exposure. Thus, the experiments were set for low, medium, high, and very high airflow rates where the flow rates were chosen based on requirements and recommendations in Norway and other countries. For the low rate 108 m³/h was used since this is today’s requirement for minimum airflow in TEK17. The medium flow rate was set to 250 m³/h as this is the recommendation from SINTEF. Furthermore, the effect on capture efficiency by the sound levels and pan height for the downdraft ventilator were studied. The comparison of the downdraft and the range hood shows that with extraction, the downdraft ventilator achieves better results for capture efficiency for airflow rates above 108 m³/h, under given conditions. The downdraft has a steep increase in capture efficiency up to 250 m³/h, where it reached a value of 97.7 % with little increase for higher airflow rates. The conclusion is therefore the optimal airflow is likely 250 m³/h for the best possible capture efficiency considering energy consumption. The kitchen hood performed worse than the downdraft ventilator at all airflow rates except the lowest and thus probably requires a higher airflow rate to achieve sufficient capture efficiency. The height of the frying pans turned out to be a factor that substantially impacts the downdraft ventilator’s performance, as higher frying pans reduced the capture efficiency, especially at low flow rates. This effect decreased with increasing airflow rates. The results from the experiments with recirculation turned out to be very uncertain and one can question whether this method is suitable for testing recirculating kitchen ventilators. The results from sound measurements indicate that the downdraft ventilator has a significantly lower sound level than the kitchen hood.
Norsk sammendrag: Økende urbanisering fører til mer kompakte, arealeffektive og tettere bygg. Leilighetene har gjerne åpne løsninger, noe som byr på utfordringer til ventilasjonsløsninger. Matos er en av de største kildene til innendørs luftforurensninger, spesielt partikler opp til 2,5 μm (PM2,5), som kan føre til helseeffekter. Bruk av kjøkkenventilatorer reduserer matos og dermed reduseres eksponeringen. Det finnes stadig nye løsninger for kjøkkenventilatorer, som kan føre til at man må vurdere å gjøre endringer i forbindelse med krav og anbefalinger til luftmengde. Benkeventilatoren har blitt veldig populær i Norge de siste årene. Formålet med oppgaven er å undersøke hvordan benkeventilatoren måler seg opp mot en tradisjonell kjøkkenhette. For å testen denne problemstillingen ble det satt opp ulike eksperimenter som ble utført i ventilasjonslaboratoriet på SINTEF Community. Eksperimentene ble satt opp for å se nærmere på kjøkkenventilatorenes ytelse med fokus på osoppfangingsevne og eksponering ved ulike luftmengder. Luftmengdene ble valgt for å representere lav, medium, høy og veldig høy luftmengde. Den lave luftmengden ble satt til 108 m³/h, da dette er dagens krav til minimumsluftmengde i TEK17. Medium luftmengde ble satt til 250 m³/h, da dette er SINTEFs anbefalte luftmengde. Det ble også sett nærmere lydnivå og ulik pannehøydes innvirkning på osoppfangingsevne for benkeventilatoren. Sammenligningen av benkeventilatoren og kjøkkenhetten viser at ved uttrekking oppnår benkeventilatoren bedre resultater for osoppfangingsevne ved luftmengder over 108 m³/h, under gitte forutsetninger. Benkventilatoren har en stor økning i osoppfangingsevne frem til 250 m³/h hvor den er beregnet til 97,7 % og økningen flates ut. Dette er trolig den optimale luftmengden basert på osoppfanging i forhold til energibruk. For kjøkkenhetten er det trolig behov for større luftmengder, da man for den høyeste luftmengden som ble testet for denne ventilatoren hadde en osoppfangingsevne på 91,2 %. Eksperimentene med høyere stekepanner resulterte i vesentlig reduksjon av osoppfangingsevne for benkventilatoren ved luftmengder under 350 m³/h. Hvor man ved laveste luftmengde hadde en reduksjon i osoppfangingsevne fra 66,5 til 25,0 % for lav og høy pannehøyde respektivt. Denne effekten var avtagende med økende luftmengde. Ved 250 m³/h viste resultatene å ha en mindre påvirkning på osoppfangingen, hvor den ble redusert fra 97,7% til 88,9%. Så man kan konkludere med at en luftmengde på 250 m³/h fortsatt fører til bedre resultater for benkeventilatoren enn for kjøkkenhetten, selv når benkeventilatoren har dårligere utgangspunkt. For eksperimentene med resirkulering var resultatene veldig usikre. Årsaken til dette er at man fikk høyere partikkelantall med kjøkkenventilatorene på enn når de var av. Dette resulterer i negative verdier for osoppfangingsevne for enkelte eksperimenter. Man kan trolig likevel konkludere med at benkeventilatoren gir bedre resultater for osoppfangingsevne enn kjøkkenhetten for alle luftmengder bortsett fra 350 m³/h. På bakgrunn av den store usikkerheten, er beregningsmetoden og oppsettet som ble benyttet i oppgaven sannsynligvis ikke egnet for vurdering av resirkulerende kjøkkenventilatorer. Lydmålingene som ble utført viser også at benkeventilatoren gir lavere lydnivå enn kjøkkenhetten, både ved uttrekking og resirkulering.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Kari THUNSHELLE (SINTEF Community).
Acknowledgements: SINTEF Community (Aileen Yang, Bjørn Ludvigsen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023349

Summary: Despite Norway’s temperate climate, cooling loads in Norwegian buildings, particuarly commercial buildings, have a significant impact on energy consumption. This master’s thesis explores and discusses the gap between theoretical and actual energy use, by providing improved documentation of internal heat loads that create greater cooling needs, in light of the rapid growth in cooling demand. Nydalsveien 28, an office building, is utilized as a reference building in this thesis. The purpose was to evaluate what kind of knowledge the industry could provide to potential cooling projects. The deviation is studied and discussed using SIMIEN simulations with various dimensioning bases, as well as an inspection of the case building and a qualitative survey. Further IDA-ICE simulations look at potential savings by implementing cooling-reduction strategies, with a focus on sun protection, thermal mass, and night ventilation. The alleged cost reductions by downsizing the cooling system were calculated using real and estimated costs, as well as experience figures and the “Norsk Prisbok.” The cooling system was found to be 55 percent oversized based on data from Nydalsveien 28. Oversizing cost the building approximately NOK 4.3 million in additional cost on investment, as well as operation and maintenance and subscribed effect on district cooling in the last 5 years when compared to proper dimensioning. Finding suitable cooling technology solutions, as well as reducing the need for cooling, is more important than ever with rising surrounding temperature. Thermal mass, night ventilation, and especially a combination of these have all been shown to be effective at lowering the operating temperature of a building. However, many structures will require cooling at a certain point, thus an energy-efficient cooling system with optimal control is essential for an energy-efficient construction. The cooling system is about 40% oversized when standardized values from NS 3031 are utilized for internal loads with 100% heat supplement and standardized operating intervals. If you keep adding the recommended ventilation safety factor of 30% indicated by “Arbeidstilsynet,” you’ll end up oversizing the cooling system by up to 47%. The necessity of not confusing standardized calculations, which are currently used to document a building’s energy performance, with regulatory regulations for expected energy use is shown by the comparison of real internal loads in Nydalsveien 28 to conventional numbers. Finally, the importance of challenging outdated methodology and experience numbers is emphasized. According to the study, putting more work into modeling does not always imply a higher cost, because dimensioning with accurate assumptions will save a lot of money.
Norsk sammendrag: Til tross for Norges tempererte klima har kjølebelastninger i norske bygninger, spesielt næringsbygg, en svært signifikant effekt på energibruken. Rask utvikling i kjølebehovet i Norge har resultert i feildimensjonering og feil håndtering av sentrale internlaster. Denne masteroppgaven undersøker og diskuterer avviket mellom teoretisk og reelt effektbehov og energibruk, ved å fremskaffe bedre dokumentasjon av interne varmelaster som forårsaker økt kjølebehov. Det fokuseres på beregningsmetodikken for dimesnjonering, og dens utslag på hvorfor avviket som oppstår. Kontorbygget, Nydalsveien 28, er brukt som referansebygg i oppgaven. Hensikten var å finne ut hvilke erfaringer bransjen kan ta med seg i fremtidige prosjekter der kjøling skal anvendes. Gjennom simuleringer i SIMIEN med ulike dimensjoneringsgrunnlag, befaring på casebygget, samt en kvalitativ undersøkelse, analyseres avviket og det diskuteres hvilke erfaringstall som bør brukes ved dimensjonering av kjøleanlegg i næringsbygg. Ytterligere simuleringer i IDA-ICE ser på potensiell besparelse ved å anvende kjølereduserende tiltak, der det er fokusert på solskjerming, termisk masse og nattventilasjon. Den angivelige besparelsen ved å neddimensjonere kjøleanlegget ble analysert basert på reelle og estimerte kostnader supplert av AF Energi, samt erfaringstall og Norsk prisbok. Analyse av eksisterende data fra Nydalsveien 28 viste at kjøleanlegget var overdimensjonert med hele 55 prosent. Det ble estimert at denne overdimensjoneringen har kostet bygget om lag 4,3 millioner kroner i merkost på investering, samt drift- og vedlikehold og abonnert effekt på fjernkjøling de siste 5 årene, sammenlignet med en korrekt dimensjonering. Med økende utetemperaturer er det viktigere enn noen gang å finne gode kjøletekniske løsninger, og ikke minst redusere kjølebehovet. Tiltak som termisk masse, nattventilasjon og spesielt en kombinasjon av disse, er bevist å være svært effektive tiltak for å redusere den operative temperaturen i bygget. Imidlertid vil mange bygg uansett ha et kjølebehov, og da er ett energieffektivt kjøleanlegg med optimal styring avgjørende for ett energieffektivit bygg. Bruk av normerte verdier hentet fra NS 3031 for internlaster med 100 prosent varmetilskudd og normerte driftstider resulterer i nærmere 40 prosent overdimensjonering av kjøleanlegget. Legger man videre på arbeidstilsynets anbefalte sikkerhetsmargin for ventilasjon på 30 prosent, ender man med å overdimensjonere kjøleanlegget med hele 47 prosent. Resultatene av de faktiske internlastene i Nydalsveien 28 mot de normerte verdiene, gir en påminnelse om hvorfor det er viktig å ikke forveksle de standardiserte beregningene, som i dag gjøres for å dokumentere et bygg sin energiytelse, opp mot myndighetskrav med forventet energibruk. Avslutningsvis konkluderes det med viktigheten av at bransjen utfordrer gamle metoder og utdaterte erfaringstall. Undersøkelsen har vist at å bruke mer tid til dimensjonering og prosjektering ikke nødvendigvis er fordyrende, men at det er mye penger å spare ved å dimensjonere med korrekte forutsetninger.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: AF Energi (Tor Olsen); Avantor (Jostein Odden, Roy Frivoll); Multiconsult (Ida Bryn).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023503

Summary: The fourth industrial revolution (4IR) has accelerated technologies involving data exchange and automation of manual and repetitive tasks expected to result in a distinct shift in the technological and industrial development. The industry however is already looking towards the fifth industrial revolution (5IR) which is expected to realize and utilize human energy, skills and need for self-realization. To automate to eliminate the need for human labor is no longer the objective, but to rather to realize the synergy potential between the technology’s precision, processing capacity and physical capacities and human creativity. This direction aims to come up with the best solutions and provide humans with rewarding tasks. The construction industry needs suitable tools to handle extensive amounts of data to take part in 4IR and 5IR. Data needs to be structured in a way that makes them easily maintained, edited, presented and efficiently to change between systems Building Information Modelling (BIM) is the technology for handling these processes and it has caught great interest in the construction industry. The technology is already being implemented at a certain level in most construction projects and expectations are high for how the technology will contribute to improving the processes in the industry. An important prerequisite for BIM is to reduce barriers between data silos that prevent the exchange of data between actors and systems in projects. BIM is meant to ensure interoperability between the actors in the industry, which is a prerequisite for full utilization of the technology and realization of the effects related to IR4 and IR5. BuildingSMART with their members represent a wide range of actors from the industry who have the opportunity to contribute to the standardization work by communicating their needs and use cases to the relevant committees. The buildingSMART process is a standardized method for developing standards in buildingSMART which prioritizes use cases that is of the greatest importance and value to the industry. The combination of IFC, bSDD and IDM with associated standards make it possible to describe all physical and abstract elements in the life cycle unambiguously in the form of IFC- and BCF-based data structures. The OpenCDE API is under development under BuildingSMART and will create new opportunities for the exchange and interconnection of data both internally and between BIM models. Proper implementation of BIM in combination with user-friendly and innovative tools has comprehensive potential for automation and decision support within the design of indoor climate systems. However, it is uncertain whether the standards themselves and their implementation are mature for these applications today. The necessary tools are probably still not available. In addition to the standardization aspect of the technology, which the thesis is limited to, there will probably be challenges related to other aspects of construction projects that are not described in this thesis. For example, it will probably be challenging to realize complete interoperability in the ecosystem of actors, users and agendas.
Norsk sammendrag: Den fjerde industrielle revolusjon (4IR) har satt fart på teknologi knyttet til informasjonsflyt mellom systemer og automatisering av manuelle og repetitive arbeidsprosesser og forventes å skape et tydelig skifte i den teknologiske og industrielle utviklingen. Samtidig ser industrien allerede mot Industri 5.0 (5IR) hvor teknologien som middel for å realisere og utnytte menneskets energi, egenskaper og selvrealiseringsbehov står i sentrum. Målet er ikke lenger å automatisere bort mennesket, men derimot å realisere synergipotensialet mellom teknologiens nøyaktighet, prosesseringskapasitet og fysiske kapasiteter med menneskets kreative skaperkraft. Med den retningen skal man finne frem til de beste løsningene og samtidig skape givende og meningsfulle arbeidsoppgaver. For at byggebransjen skal ta del i effektene av industri 4.0 og industri 5.0 er det en forutsetning med verktøy til å håndtere store mengder data. Data må struktureres på en måte som gjør at den kan vedlikeholdes, bearbeides, presenteres og utveksles effektivt mellom ulike systemer. Bygningsinformasjonsmodellering (BIM) er teknologien som skal håndtere disse prosessene og har vekket stor interesse og oppslutning i byggebransjen. Teknologien blir allerede implementert på et visst nivå i de fleste byggeprosjekter og forventningene er store til hvordan teknologien skal bidra til å forbedre prosessene i bransjen. En viktig forutsetning for BIM er å bygge ned barrierer mellom datasiloer som er til hinder for utveksling av data mellom aktører og systemer. BIM skal sikre interoperabilitet mellom aktørene i bransjen som er en forutsetning for fullverdig utnyttelse av teknologien og realisering av effektene knytte til IR4 og IR5. BuildingSMART med sine medlemmer representerer et bredt spekter av aktørene i bransjen som har mulighet til å bidra i standardiseringsarbeidene gjennom å kommunisere sine behov og brukstilfeller til de relevante komiteene. BuildingSMART process er en standardisert metode for utvikling av standarder i buildingSMART og baserer seg på at arbeidet som legges ned skal gi mest mulig nytteverdi for bransjen. Kombinasjonen av IFC, bSDD og IDM med tilhørende standarder gjøre det mulig å beskrive alle fysiske og abstrakte elementer i byggs livsløp entydig i form av IFC- og BCF-baserte datastrukturer. OpenCDE API utvikles i regi av BuildingSMART og vil skape nye muligheter for utveksling og sammenkobling av data både internt og på tvers av BIM-modeller. Riktig implementasjon av BIM i kombinasjonen med brukervennlige og innovative verktøy har stort potensiale for å bidra til automatisering og beslutningsstøtte innenfor prosjektering av inneklimaanlegg. Det er imidlertid usikkert om standardene i seg selv og implementasjonen av disse er modne for disse bruksområdene i dag. Antagelig mangler enda de nødvendige verktøyene. Utover standardiseringsaspektet av teknologien som oppgaven er begrenset til vil det sannsynligvis være utfordringer knyttet til andre aspekter av byggeprosjekter som ikke er beskrevet i denne oppgaven. Eksempelvis vil det sannsynligvis være utfordrende å realisere fullstendig interoperabilitet i økosystemet av aktører, brukere og agendaer.
Supervisor(s): Ole MELHUS (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023524

Summary: This study deals with the building physical aspect of a swimming pool made with a load-bearing system in laminated and solid wood constructions and prefabricated half-timbered insulated elements. The research questions that are answered can be seen below.
1. Which detailed solutions ensure acceptable building physical constructions with regard to U-value, moisture protection and cold bridges? 2. Will any constructions or cold bridges in various heat and moisture simulations lead to precipitation or a high risk of condensation and/or mold growth? 3. Which placement of the support system in laminated and solid wood constructions is considered to provide the most building physical benefits?
In the study, a building physical analysis of a case building was made. Initial assessments have been made for zoning with regard to climate and water stress, as well as corrosion protection. To ensure an acceptable climate shell, a calculation has been made of heat loss figures for the building based on quantities and U-values. Detailed solutions of selected constructions and transitions have been prepared to ensure buildable, robust and air- and diffusion-tight solutions. Both for traditional construction method with retracted support system, but also for solutions with support system located in the climate shell, which is the preferred construction method in terms of economy and buildability due to joints for solid wood elements and the insulated half-timbered elements. Provided a good design, details regarding the location of the support system in the climate shell will be acceptable to ensure sufficient air tightness. To ensure acceptable constructions without the risk of condensation and/or mold growth, both static and dynamic simulations have been performed for selected constructions, transitions, and cold bridges. Static simulations have been done in Ubakus and Flixo Energy with a design outdoor temperature of -25 °C, but the dynamic simulations have been done in Wufi 2D and Wufi Mold Index VTT for three very different climate files; Oslo, Bergen and Karasjok. Indoor swimming pool climate is set to air temperature of 32 °C and 55 % RH for all simulations. Static simulations show that there is no need for coating of window surfaces before the external dimensioning temperature falls below -30 °C. In addition, it has been shown that there is no risk of condensation or mold growth in standard outer wall sections. Simulations have also been made in connection with other associated transitions and rooms. The dynamic simulations show that if the support system is placed further out in the building skin, this leads to a more unstable climate and a higher risk of condensation and mold growth, but it has been shown that all constructions except an uninsulated column with “worst-case” material in Karasjok climate have acceptable risk of precipitation of condensation and mold growth. For the column locations, a column with 50 mm insulation on the cold side will have a mold growth index that is on average 25 and 39 % better for “worst-case” material and untreated wood for all 3 climate files, respectively. Fully retracted column will be 39 and 55 % better for similar materials compared to uninsulated column. The biggest change of these simulations is taken with 50 mm insulation on the cold side.
Norsk sammendrag: Denne studien tar for seg det bygningsfysiske aspektet av en svømmehall utført med bæresystem i limtre- og massivtrekonstruksjoner og prefabrikkerte isolerte elementer av bindingsverk. Forskningsspørmålene som besvares kan sees under.
1. Hvilke detaljløsninger sikrer akseptable bygningsfysiske konstruksjoner med hensyn til U-verdi, fuktsikring og kuldebroer? 2. Vil noen konstruksjoner eller kuldebroer ved ulike varme- og fuktsimuleringer medføre utfelling eller høy risiko for kondens og/eller muggvekst? 3. Hvilken plassering av bæresystem i limtre- og massivtrekonstruksjoner vurderes til å gi mest bygningsfysiske fordeler?
I studien er det gjort en bygningsfysisk analyse av en case-bygning. Det er gjort innledende vurderinger for soneinndeling med hensyn til klima- og vannpåkjenning, samt korrosjonssikring. For å sikre et akseptabel klimaskall er det gjort beregning av varmetapstall for bygningen basert på mengder og U-verdier. Det er utarbeidet detaljløsninger av utvalgte konstruksjoner og overganger for å sørge for byggbare, robuste og luft- og diffusjonstette løsninger. Både for tradisjonelle byggemetode med inntrukket bæresystem, men også for løsninger med bæresystem plassert i klimaskallet, som er den foretrukne byggemetoden med hensyn til økonomi og byggbarhet på grunn av skjøter for massivtreelementer og de isolerte bindingsverkselementene. Forutsatt en god utførelse vil detaljer rundt plassering av bæresystemet i klimaskallet være akseptable for å sikre tilstrekkelig lufttetthet. For å sikre akseptable konstruksjoner uten risiko for utfelling av kondens og/eller muggvekst er det gjort både statiske og dynamiske simuleringer for utvalgte konstruksjoner, overganger og kuldebroer. Statiske simuleringer er gjort i Ubakus og Flixo Energi med dimensjonerende utetemperatur på -25 °C, mens de dynamiske simuleringene er gjort i Wufi 2D og Wufi Mould Index VTT for tre svært ulike klimafiler; Oslo, Bergen og Karasjok. Innvendig svømmehallsklima er satt til lufttemperatur på 32 °C og 55 % RF for alle simuleringer. Statiske simuleringer viser at det ikke er behov for bestrykning av vindusflater før utvendig dimensjonerende temperatur kommer under – 30 °C. I tillegg er det vist at det ikke er noen risiko for kondens eller muggvekst i standard ytterveggssnitt. Det er også gjort simuleringer knyttet til andre tilhørende overganger og rom. De dynamiske simuleringene viser at dersom bæresystemet plasseres lenger ut i klimaskallet medfører dette mer ustabilt klima og høyere risiko for kondens og muggvekst, men det er vist at alle konstruksjoner foruten en uisolert søyle med «worst-case» materiale i Karasjok klima har akseptabel risiko for utfelling av kondens og muggvekst. For søyleplasseringene vil søyle med 50 mm isolasjon på kald side ha muggvekstindeks som i snitt er henholdsvis 25 og 39 % bedre for «worst-case» materiale og ubehandlet treverk for alle 3 klimafiler. Helt inntrukket søyle vil være 39 og 55 % bedre for tilsvarende materialer sammenlignet med uisolert søyle. Den største endringen av disse simuleringene tas ved 50 mm isolasjon på kald side.
Supervisor(s): Wolfang KAMPEL (OsloMet); Bjørn AAS (NTNU-SIAT).
Acknowledgements: NTNU SIAT – Senter for Idrettsanlegg og teknologi (Bjørn Aas); Green Advisers AS (Joakim Dørum).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023498

Summary: Indoor air quality (IAQ) is a main concern today, considering people spend about 90% of their time indoors. One of the most important sources to indoor air pollution is cooking, an activity conducted daily in most residencies. Cooking emits a lot of PM2.5 which can cause severe health affects by both acute and long-term exposure. The need for properly working range hoods is therefore extremely important. With new compact energy-efficient apartments in urban cities, the installation of regular extracting range hoods can cause certain challenges like room for ducts, ventilation losses and additional thermal bridges. Recirculating range hoods have therefore become of interest lately. This thesis will investigate the challenges by recirculating the air from range hoods compared to extracting it. Together with SINTEF’s project ‘Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation’, several experiments were conducted in the spring of 2022. Two types of range hoods were tested with both recirculation and extraction on different airflow rates while cooking a typical Norwegian meal: fish and wok mix. The aim was to attempt to ascertain whether recirculating range hoods are efficient enough in terms of exposure, capture efficiency and moisture control to be comparable to extracting range hoods. The range hoods that were tested was one standard wall-mounted hood and the other was a downdraft system. They were both tested on airflow rates of 108, 250 and 350 m³/h, and an additional 500 m³/h on the downdraft. Two Grimms and three AeroTraks were set out on different locations to measure the particle concentration during cooking, in addition to other instruments measuring the surrounding conditions. The recirculating experiments resulted in PM2.5 values that were 3-19 times higher than extracting, showing that the latter is significantly better than recirculating in terms of exposure, no matter which hood was being used. However, recirculation worked better on the downdraft system than on the standard hood. The results also show that the cook is at least three times more exposed to PM2.5 than people sitting at the dining table when cooking food. This emphasizes the importance of properly working range hoods. The calculated capture efficiencies showed that the extracting experiments had incredibly high CEs, up to 98%, whereas the recirculating experiments had either extremely low or negative CEs. This means that extracting range hoods are able to capture the cooking fumes far better than recirculating hoods. Moisture content on the other hand had only an increase of 5% on the recirculating experiments which is small enough to have minimal effect on the indoor air quality.
Norsk sammendrag: Innendørs luftkvalitet er et viktig tema i dagens samfunn, med tanke på at folk tilbringer omtrent 90% av tiden sin innendørs. En av de største kildene til innendørs luftforurensing er matlaging, en aktivitet som utføres daglig i de fleste boliger. Matlaging avgir mye PM2.5 som kan forårsake alvorlige helseproblemer ved både akutt og langvarig eksponering. Behovet for fungerende kjøkkenhetter er derfor ekstremt viktig. Med nye kompakte energieffektive leiligheter i urbane byer kan installasjon av vanlige avtrekksvifter forårsake visse utfordringer som plass til kanaler, ventilasjonstap og ekstra kuldebroer. Resirkulerende kjøkkenvifter har derfor blitt av stor interesse i det siste. Denne masteroppgaven vil undersøke utfordringene ved å resirkulere luften fra kjøkkenhetter sammenlignet med å trekke den ut. Sammen med SINTEFs prosjekt «Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation» ble det utført flere eksperimenter gjennom våren 2022. To typer kjøkkenvifter ble testet med både resirkulering og avtrekk på ulike luftmengder under tilberedning av et typisk norsk måltid: fisk og wok. Målet var å forsøke å finne ut om resirkulerende kjøkkenhetter er effektive nok når det gjelder eksponering, osoppfangningsevne og fuktighet til å kunne sammenlignes med vanlige avtrekkshetter. Kjøkkenviftene som ble testet var en standard veggmontert hette og den andre var et «nedtrekkssystem» hvor matosen blir trukket ned i kokeplaten. De ble begge testet med luftmengder på 108, 250 og 350 m³/t, og ytterligere 500 m³/t på nedtrekkssystemet. To Grimmer og tre AeroTraker ble plassert på forskjellige punkter i rommet for å måle partikkelkonsentrasjonen under matlagingen, i tillegg til andre instrumenter som målte forholdene i omgivelsene rundt. Resirkuleringsforsøkene resulterte i PM2.5-verdier som var 3-19 ganger høyere enn avtrekk ut. Dette viser at sistnevnte er betydelig bedre enn resirkulering med tanke på eksponering, uansett hvilken kjøkkenvifte som ble brukt. Likevel fungerte resirkulering bedre på nedtrekkssystemet enn på standard-hetten. Resultatene viser også at kokken er minst tre ganger så utsatt for eksponering av PM2.5 enn personer som oppholder seg ved spisebordet under matlaging. Dette understreker viktigheten ved en velfungerende kjøkkenvifte. De beregnede osoppfangningsevnene viste at avtrekkseksperimentene hadde utrolig høye verdier, opptil 98%, mens de resirkulerende eksperimentene hadde enten ekstremt lave eller negative verdier. Dette viser at avtrekk fanger opp matosen vesentlig bedre enn resirkulering. Fuktighetsinnholdet derimot hadde kun en økning på 5% på de resirkulerende forsøkene. Dette anses som lite nok til å ha minimal effekt på luftkvaliteten innendørs.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Kari THUNSHELLE (SINTEF Community).
Acknowledgements: SINTEF Community (Aileen Yang, Bjørn Ludvigsen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023323

Summary: Increased insight into global warming together with the Paris Agreement and the UN climate report has sparked an interest in renewable energy associated with buildings. Utilizing renewable energy sources will help reduce the energy consumption in the building sector and minimize greenhouse gas emissions. Ground source heat pumps (GSHP) are a frequently used energy system in Norway today. Since more passive houses have been built in the last years and the need for efficient energy systems has increased, an increased interest in solar assisted ground source heat pumps (SGSHP) has been observed. There are however shortcomings in detailed performance analysis of such systems in a cold climate, and therefore uncertainties if it is beneficial to implement solar thermal energy to a GSHP. The main objective of this thesis is to investigate the performance of a SGSHP for a school building designed according to criteria for passive houses. The performance analysis was then used to determine if solar thermal energy is suitable for use in a GSHP and how such systems should be optimized in cold climates. The energy system will provide energy both for domestic hot water production (DHW) and space heating. The SGSHP is designed in such a way that the solar collectors (SC) prioritize providing heat to the hot water tank and whenever there is excess heat from the SC it will be used to charge the ground borehole. In the thesis, a detailed thermodynamic analysis of the system was carried out in Engineering Equation Solver (EES). As working fluid for the heat pump (HP) isobutane (R600a), propane (R290), ammonia (R717) and solstice (R1234ze(E)) have been investigated. Several sensitivity analyzes were conducted to be able to identify how different parameters influence the performance of the SGSHP and to provide important knowledge for the optimization of the system in a colder climate. It was also conducted dynamic simulations in IDA ICE to further investigate how the configuration of the SGSHP influences the performance. Two separate plants were constructed. In the first system, the SC was solely used to heat the water tank, and in the second system the SC was only connected to the ground heat exchanger (GHX) to recharge the ground. One year energy simulations were performed to investigate the energy distribution from the systems, and the soil temperature in the boreholes was plotted over a seven year period. The main results of the thermodynamic analysis and the dynamic simulations were as follows:
• Recharging the ground with SC will increase the Coefficient of Performance (COP) of the HP and maintain a thermal stable soil. • Heating the hot water tank with solar thermal energy will reduce the need for delivered energy. • R717 was found to achieve the best COP and lowest exergy destruction in the HP. • The compressor stood for a significant part of the HP’s exergy destruction, and it was discovered that subcooling the refrigerant after the condenser reduced this amount.
The investigated SGSHP appeared to be a well-suited approach for heating passive houses in cold climates. Implementing SC can help a GSHP become more efficient, increase its lifetime and reduce the overall need for delivered energy to a building.
Norsk sammendrag: Økt innsikt i global oppvarming sammen med Parisavtalen og FN sin klima rapport har vekket interesse for fornybar energi knyttet til bygninger. Bruk av fornybare energikilder i bygninger vil bidra til å redusere energiforbruket og minimere klimagassutslippene i byggesektoren. I Norge er bergvarmepumper et mye brukt energisystem idag. Siden det har blitt bygget flere passivhus de siste årene og behovet for effektive energisystemer har økt, har man sett en økt interesse for solassisterte bergvarmepumper. Det er imidlertid mangel av detaljerte ytelses analyser av solassisterte bergvarmepumper i et kaldt klima, og derfor usikkerhet om det er fordelaktig å implementere slike systemer i Norge. Hovedmålet med denne oppgaven var å undersøke ytelsen til en solassisterte bergvarmepumpe knyttet til et skolebygg designet etter kriterier for passivhus. Ytelses analyses ble så brukt til å undersøke om det er en fordel å benytte termisk sol energi sammen med grunn varme pumpe, og hvordan eventuelt slike system kan optimaliseres i Norge. Den solassisterte bergvarmepumpen gir energi både til varmt tappevann og romoppvarming. Systemet er utformet på en slik måte at solfangere prioriterer å gi varme til varmtvannstanken, og når det produseres overskudds varme fra solfangerne brukes dette til å lade energibrønnene. I oppgaven ble det utført en detaljert termodynamisk analyse av systemet er i Engineering Equation Solver (EES). Som arbeidsmedium til varmepumpen ble isobutan (R600a), propan (R290), ammoniakk (R717) og solstice (R1234ze(E)) undersøkt. Flere sensitivitetsanalyser ble utført for å kunne identifisere hvordan ulike parametere påvirket ytelsen til systemet som ga viktig kunnskap for optimalisering av systemet i et kaldt klima. Det ble også utført dynamiske simuleringer i IDA ICE for ytterligere å undersøke hvordan konfigurasjonen av en sol assisterte bergvarmepumpe påvirket ytelsen. To separate systemer ble bygget. I det første systemet ble solfangerne utelukkende brukt til å varme opp vanntanken, mens i det andre systemet ble solfangerne kun koblet til energibrønnene for å lade opp grunnen. Ett års energi-simuleringer ble utført for å undersøke energi fordelingen i systemene, og grunntemperaturen i energibrønnene ble plottet over en syvårsperiode. Hovedresultatene av den termodynamiske analysen og de dynamiske simuleringene viste følgende:
• Ladning av energibrønnene ved hjelp av solfangerne ga høyere COP for varmepumpen og en mer termisk stabil grunn • Bruk av solvarme til oppvarming av varmtvannstanken ga et redusert behov for levert energi • R717 oppnådde høyest COP og lavest eksergiødeleggelse • Kondensatoren stod for en stor andel av eksergiødeleggelsen til varmepumpe og en underkjøling av arbeidsmediet ga en positiv effekt.
Funnene avslørte at solassisterte bergvarmepumper er lovende energisystemer for passivhus i kalde klimaer. Implementering av solfangere hjelper en bergvarmepumpe til å bli mer effektiv, øke dens levetid og redusere behovet for levert energi til en bygning.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3024037

Summary: In order to achieve the climate goals Norway has committed itself to through the Paris Agreement and the UN’s sustainability goals, we must reduce greenhouse gas emissions. Buildings contribute significantly to greenhouse gas emissions. According to previous studies, HVAC systems can accout for a large portion of a building’s total emissions. As a result, lowering emissions from HVAC systems can assist in meeting the climate targets. In the fourth quarter of 2021 the reasearch prosject “Grønn VVS” began. The main objective of the research project is to reduce greenhouse gas emissions from HVAC systems by 50% compared to standard industy pracsis. This master thesis is a part of this research project. This thesis main purpose is to develope a tool that will make greenhouse gas emissions from HVAC systems apparent on a product and system level. The tool will allow calculation of the emission during the tender period where the most critical decisions are made. There has been conducted a litterture review, survey and an analysis of material composition of selected HVAC components to reach this thesis main purpose. The tool has been tested by GK, who seeks to reduce their greenhouse gas emissions for HVAC system and to privide a greenhouse gas budget with their services. Two major inadequacies of environmental data connected to the HVAC systems have been identified through the litterature search and during the development of the tool:
• Lack of product-spesific EPDs for HVAC systems. • Lack of complete environmental data for HVAC systems.
The tool was put to test on a test offer regarding a ventilation system. The findings show that the air handling unit contributes significantly to the total emissions of the ventilation system. The findings also show that the largest emission stem from the production of the ventilation system, followed by replacement of its components. The tool developed in this thesis enables greenhouse gas calculations of HVAC systems in a tender phase. The framework presented can also be used in various decision-making processes related to the reduction og greenhous gas emissions. The tool visualizes the effects related to the choises beeing made, as well as enabeling comparison of verious solutions.
Norsk sammendrag: For å nå klimamålene Norge har forpliktet seg til gjennom Parisavtalen og FNs bærekraftsmål er vi nødt til å redusere klimagassutslippene. Bygninger står for en stor del av klimagassutslippene. Tidligere forskning indikerer at VVS-installasjoner kan stå for en betydelig del av bygningers totale utslipp. En reduksjon i utslipp knyttet til VVS-installasjoner kan dermed være med på å nå klimamålene. Forskningsprosjektet Grønn VVS ble satt igang i siste kvartal i 2021 der hovedmålet er å redusere klimagassutslipp knyttet til VVS-installasjoner med 50% sammenlignet med bransjestandard. Denne masteroppgaven er en del av dette forskningsprosjektet. Hovedmålet med denne oppgaven er å utvikle et verktøy som skal synliggjøre klimagassutslipp av VVS-installasjoner på et produkt og systemnivå. Verktøyet skal muliggjøre klimagassberegninger i en tilbudsfase der de viktigste valgene tas. Det er blitt gjennomført et litteraturstudie, spørreundersøkelse og analyse av materialsammensetning i utvalgte VVS-komponenter for å svare på hvordan en skal gå frem ved å bygge opp verktøyet, samt hvordan håndtere miljødata. Verktøyet er testet ut av GK som ønsker å minimere klimagassutslipp fra VVS-installasjoner og levere klimagassbudsjett med sine tilbud. Fra litteratursøk og under utviklingen av verktøyet er det identifisert to hovedmangler av miljødata knyttet til VVS-installasjoner:
• Mangler av produktspesifikk EPD for VVS-installasjoner. • Mangler av fullstendig miljødata for VVS-installasjoner.
Verktøyet ble testet ut på et testilbud for et ventilasjonsanlegg. Resultatene fra denne utprøvingen indikerer at aggregat kan stå for en betydelig del av ventilasjonsanleggets totale utslipp. Resultatene indikerer også at det er produksjonen og utskiftning av materialene som står for det største utslippet i anleggets livsløp. Verktøyet utviklet i denne studien muliggjør klimagassberegninger av VVS-installasjoner i en tilbudsfase. Rammeverket beskrevet kan også benyttes i ulike beslutningsprosesser relatert til reduksjon av klimagassregnskap. Verktøyet synliggjør effekten av valgene som tas i utarbeidelsen av tilbud, samt at det muliggjør sammenligning av ulike systemløsninger.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Mads MYSEN (GK).
Acknowledgements: Multiconsult (Anders Liaøy, Simon Utstøl, Christian Steneng); GK (Mads Mysen, Robin Gjerde, Kristine Domaas Klementsen, Jonas Bergstrøm); OsloMet (Ann Karina Lassen, Dimitrios Kraniotis).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/3023472