Summary: Cooking activities are a significant source of indoor air pollutants. A properly dimensioned and placed kitchen hood is the basis for good kitchen ventilation. When the polluted air is not extracted, both the humidity and the temperature will increase in the kitchen, and pollutants spread to adjacent areas. Therefore, good exhaust performance is essential to control and remove contamination and further provide a good indoor climate. This master thesis is a part of the Research project Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation. A kitchen hood with satisfactory efficiency is required installed in all residential buildings. No efficiency requirements or sufficient exhaust air are set. The requirements are only for the minimum additional ventilation during cooking of 108 m³/h, in total 144 m³/h considering primary ventilation of 36 m³/h. A large part of this study has been set up and operating a suitable test facility designed to measure the exposure related to cooking activity, where oil is heated. Furthermore, developing a calculation method to evaluate the performance of wall-mounted range hood. After completing the test facility equivalent to an open plan kitchen and living room of 80 m³, nine test combinations were performed for a wall-mounted range hood in two different mounting heights. The experimental test conditions were in accordance with the standard test methods and were carefully regulated, recorded, and analyzed to ensure the same and stable conditions for all test combinations. All the experiments were repeated regarding collecting credible data to provide an initial understanding of the capture efficiency CE and its uncertainty and repeatability. A realistic method of calculating the capture efficiency CE related to particles generated by cooking has been used. The method is an indirect approach to the standard test methods by comparing particle concentration when the range hood was used to the concentration measured with the hood switched off. Furthermore, CE was calculated based on a period during cooking and a period post-experiment when the heat is turned off to evaluate the effect of the period. There was also a need to account for the increment in the background emission during the test day. They tested exhaust airflow rates were 108 m³/h, 185 m³/h, 285 m³/h, and 359 m³/h. Based on collected data, the CE during expt was 5% to 12% lower than CE post-expt. The CE during expt was ranged from 72%-92% with a mean Relative Standard Deviation (RSD) of 26% (8.5%-66%), of which the RSD of particle concentration across replicated experiments constituted 24 % (2.7%-65.1). In comparison, the was ranged from 80%-97% and had a mean RSD of 29% (9.4%-64%), of which 28% (8.9% to 63%) related to particle variability. The results show that the RSDs dominates by particle uncertainty. In the majority, increasing the airflow rate improved the CE with no significant impact on RSD (0.8% to 1.4%). The results show an improvement of 15 % when increasing the airflow rate from the minimum requirements of 144 m³/h to 219 m³/h (hood mounted at 54 cm above the cooktop). From another point of view, the pollution in a kitchen-living room was estimated to be 4.3 times as high with a hood exhaust of 108 m³/h compared to 185 m³/h. Despite the fact that these calculations are based on only one type of a range hood, this may indicate a need for higher requirements for the exhaust flow rate. Based on experiences, SINTEF Building Research Design Guides recommends additional kitchen ventilation of 250 m³/h when cooking. The requirements in other countries are also higher, which also reinforces the need for higher requirements for additional ventilation in Norway. The additional required ventilation in Denmark is 144 m³/h. The ASHRAE Standard 62.2 requires an intermittent ventilation rate of 180 m³/h, and The Home Ventilating Institute (HVI) guideline requires a minimum airflow of 170 m³/h. However, the CE improvement was unsignificant when increasing the airflow rate above 285 m³/h when the range hood was mounted in a high of 70 cm. In fact, a slight of a negative impact when 54 cm. Implying there might be a maximum flow rate beyond which the CE may begin to decrease for some reasons that still need to be investigated. The exhaust flow rate was also calculated by different equations found in the literature. For the hood installed at 54 cm, the flow rate was estimated to 182 m³/h by Eimund Skåret equations and 255 m³/h by the Dutch standard VDI. For a mounting height of 70 cm, 192 m³/h and 333 m³/h were estimated. This work is based on a preliminary amount of data and a test method of one type of a range hood. It is observed that the variability in particle concentration across replicated experiments dominated the uncertainty and constituted the most significant part of the RSD for CE calculations. The results may be initial and may also change as the amount of data/replicated experiments increases and the uncertainty of particle measurements decreases. However, the selected experiment facility and design were considered suitable due to unsignificant uncertainty.
Norsk sammendrag: Matlaging er en betydelig kilde til innendørs luftforurensning. En riktig dimensjonert og plassert kjøkkenvifte er grunnlaget for god kjøkkenventilasjon. Når den forurensede luften ikke suges ut, vil både fuktigheten og temperaturen øke på kjøkkenet, og forurensninger spres til tilstøtende områder. Derfor er god avtrekksytelse avgjørende for å kontrollere og fjerne forurensning og videre gi et godt inneklima. Denne masteroppgaven er en del av forskningsprosjektet Sunn energieffektiv urban boligventilasjon. Det kreves at alle boligbygg installeres en kjøkkenvifte med tilfredsstillende effektivitet. Det stilles ingen krav til effektivitet eller tilstrekkelig avtrekksluft. Kravene gjelder kun minimum tilleggsventilasjon under matlaging på 108 m³/t, totalt 144 m³/t med tanke på primærventilasjon på 36 m³/t. En stor del av denne studien har vært å sette opp og drive et passende testanlegg designet for å måle eksponering relatert til matlaging, der olje varmes opp. Videre utvikles en beregningsmetode for å evaluere ytelsen til veggmonterte kjøkkenvifter. Etter å ha fullført testanlegget tilsvarende et åpent kjøkken og stue på 80 m³, ble ni testkombinasjoner utført for en veggmontert avtrekkshette i to forskjellige monteringshøyder. De eksperimentelle testforholdene var i samsvar med standard testmetoder og ble nøye regulert, registrert og analysert for å sikre de samme og stabile forholdene for alle testkombinasjonene. Alle eksperimentene ble gjentatt for å samle inn troverdige data for å gi en innledende forståelse av fangsteffektiviteten CE og dens usikkerhet og repeterbarhet. En realistisk metode for å beregne fangsteffektiviteten CE relatert til partikler generert ved matlaging er brukt. Metoden er en indirekte tilnærming til standard testmetoder ved å sammenligne partikkelkonsentrasjonen når avtrekkshetten ble brukt med konsentrasjonen målt med avslått ventilator. Videre ble CE beregnet basert på en periode under matlaging og en periode etter eksperimentet når varmen er slått av for å evaluere effekten av perioden. Det var også behov for å ta hensyn til økningen i bakgrunnsutslippet i løpet av testdagen. De testet avtrekksluftmengdene var 108 m³/t, 185 m³/t, 285 m³/t og 359 m³/t. Basert på innsamlede data var CE under expt 5 % til 12 % lavere enn CE etter expt. CE under expt varierte fra 72 %–92 % med en gjennomsnittlig Relativ Standardavvik (RSDd) på 26 % (8,5 %–66 %), hvorav RSD for partikkelkonsentrasjon på tvers av replikerte eksperimenter utgjorde 24 % (2,7 %–65,1 %). Til sammenligning varierte fra 80 %–97 % og hadde en gjennomsnittlig RSD på 29 % (9,4 %–64 %), hvorav 28 % (8,9 % til 63 %) var relatert til partikkelvariabilitet. Resultatene viser at RSD-ene dominerer av partikkelusikkerhet. I de fleste tilfeller forbedret økning av luftmengden CE uten signifikant innvirkning på RSD (0,8 % til 1,4 %). Resultatene viser en forbedring på 15 % når luftmengden økes fra minimumskravet på 144 m³/t til 219 m³/t (hette montert 54 cm over koketoppen). Fra et annet synspunkt ble forurensningen i et kjøkken-stue estimert til å være 4,3 ganger så høy med et avtrekk fra hetten på 108 m³/t sammenlignet med 185 m³/t. Til tross for at disse beregningene er basert på kun én type kjøkkenhette, kan dette indikere et behov for høyere krav til avtrekksmengde. Basert på erfaringer anbefaler SINTEF Byggforsknings Bygge … ASHRAE-standard 62.2 krever en intermitterende ventilasjonshastighet på 180 m³/t, og retningslinjene fra Home Ventilating Institute (HVI) krever en minimumsluftstrøm på 170 m³/t. Forbedringen i CE var imidlertid ubetydelig når luftstrømningshastigheten økte over 285 m³/t når kjøkkenviften var montert i en høyde på 70 cm. Faktisk en liten negativ innvirkning ved 54 cm. Dette antyder at det kan være en maksimal luftstrømningshastighet utover hvilken CE kan begynne å synke av årsaker som fortsatt må undersøkes. Avtrekksluftstrømmen ble også beregnet ved hjelp av forskjellige ligninger funnet i litteraturen. For viften installert i 54 cm ble luftstrømningshastigheten estimert til 182 m³/t ved hjelp av Eimund Skåret-ligningene og 255 m³/t ved hjelp av den nederlandske standarden VDI. For en monteringshøyde på 70 cm ble 192 m³/t og 333 m³/t estimert. Dette arbeidet er basert på en foreløpig mengde data og en testmetode for én type kjøkkenvifte. Det er observert at variasjonen i partikkelkonsentrasjon på tvers av replikerte eksperimenter dominerte usikkerheten og utgjorde den viktigste delen av RSD for CE-beregninger. Resultatene kan være innledende og kan også endres etter hvert som mengden data/replikerte eksperimenter øker og usikkerheten i partikkelmålingene avtar.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Kari THUNSHELLE (SINTEF Community).
Acknowledgements: SINTEF Community (Bjørn Ludvigsen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772473

Summary: This master’s thesis uses the software Engineering Equation Solver (EES) to carry out a thermodynamic analysis of an energy plant consisting of a geothermal heat pump in combination with photovoltaic thermal (PVT) panels. The power plant is installed in an imaginary apartment block, located in Oslo (cold Nordic climate) with TEK17 and passive house standard. Propane (R-290), isobutane (R-600a) and ammonia (R-717) are analyzed as the refrigerant for the heat pump. Various sensitivity analyzes are conducted to define parameters that influence the power plant. The main purpose of combining photovoltaic thermal panels with a geothermal heat pump is to reduce the use of supplied electrical energy and maintain a thermal equilibrium in the ground due to charging of the boreholes. In this thesis, the PVT-system is used for preheating the domestic hot water and charging the boreholes. All heat exchangers, including the evaporator and condenser, are counterflow plate heat exchangers. The main results from the calculations and the thermodynamic analysis are:
• The COP of the heat pump varies with the refrigerant. The COP of propane, isobutane and ammonia are 3.5, 4.1 and 4.3. Ammonia is the refrigerant with the highest COP, and propane is the refrigerant with the lowest COP. The reason for this is due to the efficiency of the compressor for the explicit refrigerants. The electrical energy consumption in the compressor for ammonia, isobutane and propane is 17345 kWh, 18122 kWh and 21275 kWh.
• DualSun Spring 375 is the PVT panel that is examined in this thesis. The PVT panels are oriented towards south, with a tilt angle of 40°. The coverage rate of 30% of the buildings total domestic hot water demand, results in that this PVT system can produce 26899 kWh of electrical energy and 27082 kWh of thermal energy.
• The energy extracted from the boreholes varies for the different refrigerants. Propane, isobutane and ammonia extracts 53425 kWh, 56578 kWh 57355 kWh from the ground. The boreholes are thus charged with 23,6–25,3% of the annual energy extracted, due to the PVT system, when 50% of the energy produced is used for heating the DHW and charging the boreholes.
• There are several parameters that affect the results of the thermodynamic analysis. The parameters of particular interest are those that the designer can adjust: i) Outlet temperature from the ground, due to changed mass flow rate of the boreholes. It is desirable to have a transient liquid flow, combined with the lowest possible mass flow rate. ii) A higher evaporation temperature and lower condenser temperature will result in a better COP. iii) Chevron angle (β) in the plate heat exchangers varies normally between 30°-60°. A smaller Chevron angle reduces the heat exchanger area. iv) Orientation of the PVT panel. For a location in Oslo, the optimal orientation of a PVT panel is towards the south. v) Tilt angle of the PVT panel. For a location in Oslo, the optimal tilt angle of a PVT panel is 40°. vi) The impact of the mass flow distribution of thermal energy towards DHW and charging the boreholes.
Norsk sammendrag: I denne masteroppgaven benyttes programvaren Engineering Equation Solver (EES) til å gjennomføre en termodynamisk analyse av en energisentral bestående av en bergvarmepumpe i kombinasjon med fotovoltaisk termisk (PVT) panel. Energisentralen er installert i en imaginær boligblokk som er lokalisert i Oslo (kaldt nordisk klima) med TEK17 og passivhusstandard. De naturlige kuldemediene propan (R-290), isobutan (R-600a) og ammoniakk (R-717) blir vurdert som arbeidsmedium til varmepumpen, og det gjennomføres diverse sensitivitetsanalyser for å definere parametere av stor betydning til energisentralen. Hovedhensikten med å kombinere fotovoltaisk termiske paneler med en bergvarmepumpe er å redusere bruk av tilført elektrisk energi, og opprettholde en termisk likevekt i grunnen ved ladning av borehull. I denne oppgaven benyttes PVT-anlegget både til oppvarming av varmt tappevann og ladning av borehull. Alle varmevekslere, inkludert fordamper og kondensator er motstrøms platevarmevekslere. Hovedresultatene fra beregninger og den termodynamiske analysen er som følger:
• Varmepumpens COP for kuldemediene propan, isobutan og ammoniakk er 3.5, 4.1 og 4.3. Ammoniakk er kuldemediet med høyest COP og propan er kuldemediet med lavest COP. Årsaken til dette er virkningsgraden til kompressoren for de eksplisitte kuldemedier. Det elektriske energiforbruket i kompressor for ammoniakk, isobutan og propan er 17345 kWh, 18122 kWh og 21275 kWh.
• PVT-panel benyttet i denne oppgaven er DualSun Spring 375. PVT-panelene er orientert mot sør med en helningsvinkel på 40° fra horisontalplanet. Ved en dekningsgrad på 30% av bygningens totale varmtvannsbehov, kan dette anlegget årlig produsere 26 899 kWh med elektrisk energi og 27082 kWh med termisk energi.
• Brønnparkens ekstraherte energi avhenger av effektopptaket i fordamperen for de ulike type kuldemedium i varmepumpen. For kuldemediene propan, isobutan og ammoniakk er ekstrahert energi fra grunnen 53425 kWh, 56578 kWh og 57355 kWh. Brønnparken lades med dette 23,6-25,3% av det årlige energiuttaket fra PVT-anlegget, når 50 % av den produserte energien benyttes til oppvarming av varmt tappevann og ladning av brønnpark.
• Det er flerfoldige parametere som har innvirkning på resultatet til den termodynamiske analysen. Parameterne av særdeles interesse, er de som prosjekterende selv kan justere: i) Utløpstemperatur fra grunnen ved endret massestrøm. Det er ønskelig med en transiente væskestrøm, kombinert med lavest mulig massestrøm. ii) Jo høyere fordampningstemperatur og lavere kondenseringstemperatur, desto bedre COP til varmepumpen. iii) Chevron-vinkel (β) til platevarmeveksleren varierer normalt fra 30°–60°. En mindre Chevron-vinkel reduserer varmevekslerarealet. iv) Orientering av PVT-panel. For en lokalisering i Oslo er den optimale orienteringen av et PVT-panel mot sør. v) Helning av PVT-panelet. For en lokalisering i Oslo er den optimale helningen av et PVT-panel fra horisontalplanet, 40°. vi) Distribusjonsmengden av termisk energi til oppvarming av varmt tappevann og ladning av brønnparken.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: Hallmaker.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772456

Summary: v English Summary The purpose of the thesis was to account for the trends in a room with mixing ventilation, when parameters at the supply air unit were varied. The variable parameters was overtemperature, supply air volume, impulse, velocity, and direction on the supply air. The trends that were to be observed was limited to air change efficiency and temperature effectiveness. Indoor climate-related comfort parameters were outside the scope of this thesis. Based on the mentioned variable parameters, mathematical functions were prepared. The mathematical functions where to describe and predict the air change efficiency in the occupancy zone. The parameter analysis was based on a general office space and modeled in the CFD-program STAR CCM+. It was performed 38 steady simulations in total, where 37 of these where run without internal loads. The trends in the room were assessed by studying the coherence with manipulation of the parameters mentioned above, and the outcome of the air change efficiency and temperature effectiveness. The simulations were also assessed by checking that temperature distribution, velocity profiles and the age of air in the room showed logical patterns. Convergence and monitored plots were also controlled. This was done to exclude illogical profiles and errors. When the trends in the room were clarified and the simulations were completed, a set of data was selected for use in a symbolic regression analysis in TuringBot. This set of data was used to make mathematical functions for air change efficiency in the occupied zone. The trends in the simulated room show a clear coherence between increased air change efficiency and increased degree of vertical impulse. Reducing overtemperature, increasing inlet velocity and supply air volume also contributes to an increase in air change efficiency. It’s observed a good correlation between increase in air change efficiency and temperature effectiveness in the simulations. The simulations with the highest air change efficiency also have the highest temperature effectiveness. This is logical because it indicates less temperature stratifications. Through the symbolic regression analysis, three mathematical expressions were found, two of which were quite simple and one that was a bit more complex. All three functions were based on heat loss per square meter floor area as well as vertical and horizontal impulse. The two simplest functions were basically the same but had different constants. The functions indicated that the vertical impulse was about 10 times as significant as the horizontal in the means of increasing air change efficiency. One of the three mathematical functions was a bit more complex but gave somewhat smoother curve fitting with existing data. The curve fitting for the three functions was generally good at most points but somewhat bad at a few points. The bad points were observed at the lower air change efficiencies where there was only horizontal direction on the supply air impulse. This may be because the dataset was a bit too small, and there was an inadequate selection of data points at low air change efficiencies. This also indicates that the correlation between the parameters can be very complex. It is therefore recommended to clarify the functions further. This by testing and customizing the functions on extended amounts of data and thus achieve increased robustness. Because the air change efficiency will depend on the room layout, the functions cannot be used uncritically for a general room but may require some customization. Based on the target of achieving good air change efficiency it is recommended to increase the vertical direction of supply air impulse, when a room is ventilated with overtemperature. The results also indicate that high incidence of vertical direction of supply air can allow higher degree of overtemperature. Increased supply air velocity, supply air volume or reduced degree of overtemperature can also be recommended. However, it should be mentioned that indoor climate-related comfort parameters also must be considered when selecting properties for the supply air unit.
Norsk sammendrag: Hensikten med oppgaven var å redegjøre for trendene i et typisk kontorrom med omrøringsventilasjon, når parametere ved tilluftsventilen ble variert. De varierende parameterne var overtemperatur, luftmengde, impuls, hastighet og retning på innblåsningsluften. Trendene som skulle redegjøres for var begrenset til luftvekslings- og temperatureffektivteter. Inneklimarelaterte komfortparametere var utenfor oppgavens definisjonsområde. Basert på nevnte parametervariasjoner ble det utarbeidet matematiske funksjoner for å beskrive og forutsi luftvekslingseffektiviteten i oppholdssonen. Parameteranalysen ble basert på et generelt kontorrom modellert i CFD- programmet i STAR CCM+. Det ble utført i alt 38 stasjonære simuleringer, hvor 37 av disse ble kjørt uten internlaster. Trendene i rommet ble kartlagt ved å studere sammenhengen mellom manipulasjon av overnevnte parametere, og utfallet av luftvekslings -og temperatureffektiviteten lokalt og i oppholdssonen. Simuleringene ble også vurdert ved å kontrollere at temperaturfordeling, hastighetsprofiler og luftens alder i rommet, ga logiske mønster. Konvergensen og monitorerte plott ble også overvåket, dette for å utelukke ulogiske profiler eller feil. Når trender og simuleringssett var ferdig utredet, ble det dannet et datasett for utvalgte simuleringer. Datasettet ble benyttet til å utforme matematiske funksjoner basert på symbolsk regresjonsanalyse i TuringBot. Trendene i rommet viser en klar sammenheng mellom økt grad av luftvekslingseffektivitet og økt andel vertikal impuls. Reduksjon av overtemperatur, økning av innløpshastighet og luftmengde bidrar også til å øke luftvekslingseffektiviteten. Det er observert en god korrelasjon mellom økning av luftvekslings- og temperatureffektivitet i simuleringene. Simuleringene med de høyeste luftvekslingseffektivitetene har også de høyeste temperatureffektivitetene, noe som er logisk da dette signaliserer mindre temperatursjiktinger. Gjennom regresjonsanalysen ble det funnet tre matematiske utrykk, hvorav to var meget enkle og den siste var noe mer kompleks. Alle de tre funksjonene var basert på parameterne varmetap per kvadratmeter gulvareal samt vertikal og horisontal impuls. De to enkleste av funksjonene var i utgangspunktet like, men hadde forskjellige konstanter. Funksjonene indikerte at den vertikale impulsen var rundt ti ganger så betydningsfull som den horisontale, for å øke luftvekslingseffektiviteten. Den ene av de tre matematiske funksjonen var noe mer kompleks, men ga også noe jevnere kurvetilpassing med eksisterende data. Kurvetilpassingen for de tre funksjonene var generelt god i de fleste punkter, men noe dårlig ved noen få punkter. De svake punktene ble observert ved de lavere luftvekslingseffektiviteter, hvor det kun var horisontal innblåsing i rommet. Dette kan skyldes at datasettet var noe lite, og at det var noe mangelfullt utvalg av datapunkter ved lave luftvekslingseffektiviteter. Dette indikerer også at korrelasjonen mellom parameterne kan være meget kompleks. Det anbefales derfor å utrede funksjonene videre. Dette ved å teste og tilpasse funksjonene på utvidede mengder data, og dermed oppnå økt robusthet. Da luftvekslingseffektiviteten vil være avhengig av romoppsett, kan ikke funksjonene brukes ukritisk på et generelt rom, men kan kreve tilpassing. Basert på mål om å oppnå god luftvekslingseffektivitet, anbefales derfor mest mulig vertikal innblåsningsretning for en tilluftsventil med overtemperert tilluft. Resultatene indikerer også at høy andel vertikal innblåsningsretning kan tillate høyere grad av overtemperatur. Økt innblåsningshastighet, luftmengde eller redusert grad av overtemperatur kan også anbefales. Det skal imidlertid nevnes at inneklimarelaterte komfortparametere også må hensyntas ved valg av egenskaper ved tilluftsventilen.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Arnab Chaudhuri, Mehrdad Rabani).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772568

Summary: The topic of the master thesis is ventilation in apartment buildings. Dierent ventilation designs are associated with dierent strengths and weaknesses. Factors such as investment costs, operating costs, energy eciency, operational reliability, challenges with odor trans- fer, noise, space requirements and local ventilation control may vary between dierent solutions. Based on a case building, which is assumed to be representative of apartment buildings that are being built in the Oslo area today, the master thesis intends to investiga- te which ventilation design and solution for kitchen exhaust should be chosen with regards to technical quality, energy eciency and total cost of ownership. To map which properties are prioritized and which solutions are typically chosen in apartment buildings, interviews are conducted with representatives of housing developers, housing cooperatives, consultants, contractors, and ventilation unit suppliers. Furthermo- re, the simulation tool IDA ICE is used to estimate the actual electricity consumption for heating and ventilation for dierent ventilation designs. Finally, the net present value method is used to assess the protability of dierent ventilation solutions. Interviews with various stakeholders in the industry show that no single ventilation solu- tion is considered clearly better than all others. Furthermore, the interviews reveal that it varies between housing developers and housing cooperatives which properties associated with dierent ventilation solutions are prioritized. In apartment buildings that are built in the Oslo area, the most common ventilation solution is a centralized design where the kitchen exhaust air is led via the unit for heat recovery. Properties such as operational reliability and cost-eectiveness are highlighted for this solution. In other parts of the country, decentralized designs are common. For decentralized systems, the most common design is that the kitchen exhaust air is led via the ventilation unit but bypassing the heat exchanger. Properties such as local control, less challenges with odor transfer and smaller shaft areas are highlighted for this solution. Estimation of actual energy consumption for dierent designs show that boost ventila- tion in kitchens and bathrooms accounts for a smaller share of the building’s electricity consumption for heating and ventilation. Similarly, estimated energy consumption for dif- ferent solutions show that heat recovery of kitchen exhaust air will constitute a relatively small reduction in the consumption when compared with the building’s total electricity demand for heating and ventilation. The choice of a decentralized design with recircula- ting kitchen hoods will result in the lowest energy consumption. The increase in energy consumption when choosing alternate designs is however relatively small when compared with the total energy consumption.
Norsk sammendrag: Masteroppgaven omhandler ventilasjon i leilighetsbygg. Forskjellige ventilasjonsutforminger har ulike styrker og svakheter. Faktorer som investeringskostnad, driftskostnad, energieektivitet, driftssikkerhet, luktproblematikk, støy, plassbehov og individuell regulering kan variere mellom ulike løsninger. Med utgangspunkt i en casebygning, som antas representativ for leilighetsbygg som bygges i Osloområdet i dag, har masteroppgaven til hensikt å undersøke hvilken ventilasjonsutforming og løsning for kjøkkenavtrekk som bør velges. Løsningene vurderes med hensyn til teknisk kvalitet, energie ektivitet og levetidskostnad. For å kartlegge hvilke egenskaper som vektlegges, og hvilke løsninger som typisk velges i leilighetsbygg, gjennomføres intervjuer med representanter for boligutviklere, boligbyggelag, rådgivere, entreprenører og aggregatleverandører. Videre brukes simuleringsverktøyet IDA ICE tilå estimere virkelig energibehov for ulike ventilasjonsutforminger. Avslutningsvis benyttes nåverdimetoden for å vurdere lønnsomheten av ulike ventilasjonsløsninger. Intervjuer med ulike aktører i bransjen viser at det ikke er én ventilasjonsløsning som anses klart bedre enn alle andre. Videre viser intervjuene at hvilke egenskaper som prioriteres ved valg av ventilasjonsløsning varierer mellom boligutviklere og boligbyggelag. I leilighetsbygg som bygges i Osloområdet er den vanligste løsningen en sentral løsning, hvor kjøkkenavtrekk føres via aggregat for varmegjenvinning. Argumenter som driftssikkerhet og kostnadse ektivitet trekkes frem for valg av denne løsningen. I andre deler av landet er desentrale løsninger utbredt. For desentrale anlegg er den vanligste utformingen at kjøkkenavtrekk føres via aggregat, men utenom gjenvinner. Argumenter som mulighet for individuell regulering, mindre luktproblematikk og reduserte sjaktarealer trekkes frem for valg av denne løsningen. Estimering av virkelig energiforbruk for ulike løsninger viser at forsering av kjøkken og bad utgjør en mindre andel av bygningens elektrisitetsforbruk til oppvarming og ventilasjon. Tilsvarende viser estimert energiforbruk at gjenvinning av kjøkkenavtrekk vil utgjøre en relativt liten reduksjon av behovet når det sammenlignes med bygningens totale elektrisitetsbehov til oppvarming og ventilasjon. Av løsningene undersøkt i oppgaven er det en desentral utforming med resirkulerende kjøkkenhetter som vil medføre det laveste energibehovet. Økningen av energiforbruket ved valg av andre utforminger er dog relativt liten når det sammenlignes med det totale energibehovet. Analyser av økonomi viser at hvis det kun tas hensyn til investeringskostnad er det en sentral løsning med resirkulerende kjøkkenhetter som er rimeligst. Dersom både kostnad for sjakter og investering hensyntas, er det en desentral løsning med resirkulerende kjøkkenhetter som er rimeligst. Den mest lønnsomme løsningen vil være en sentral løsning hvor kjøkkenavtrekk føres via aggregat for varmegjenvinning.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: GK (Charlotte Moltke-Hansen, Thomas Lavold); Skanska (Geir Bratland); Rambøll (Geir Gullvik); Veidekke (Hanna Risnes, Petter L. Nøstdal); Systemair (Helge Nordås); Nordr (Herman Engesgaar, Thor Einar Mikkelborg); Exhausto (Henning Weng Ask, Iver Aaseby, Lars R. Reinemo); JM Norge (Jens Eirik Brandal); Asplan Viak (Kai Robert Vandsvik); COWI (Kjersti Røsseland Erstad); OBOS Nye Hjem (Morten Brørby); Sørlandet Boligbyggelag (Sørlandet Boligbyggelag); Selvaag Bolig (Ole Petter Haugen); Swegon (Vergel Bagayan); Multiconsult (Ørnulf Kristiansen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772571

Summary: There is a great need for increased capacity of airborne infection isolates in Norwegian hospitals. This thesis, which is a contribution to the research project “Simplified solutions to minimize the risk of infection in isolates” at Norconsult, addresses a new solution to this problem. An upgraded patient room should be able to be built with simplified and economical solutions so that the cost is reduced in relation to a full-fledged airborne infection isolate class 3. The thesis is built in relation with an idea and research project at Norconsult. Initial laboratory experiments has been carried out by the University of Turku AMK, on behalf of Norconsult. This has shown that air transfer between patient room and corridor during a door passage can be significantly reduced by establishing a piston flow through the door. The master’s thesis addresses the following hypothesis: Development of a ventilation solution in a prototype (patient room) where one will investigate whether it is possible to create an upgraded patient room that reduces the particle flow from the patient room by 90% to the corridor to 10% of the cost of building an airborne insulation class 3? An upgraded patient room is being developed based on data from previous research. This prototype is being tested in various modes to show efficiency. The prototype is further described by the following research questions:
• How should the automation system work? • What will an upgrade of a patient room cost? • How can such a system be verified? • How can this upgraded patient room be improved?
This task addresses a simpler method of preventing air diffusion from the patient room to the corridor. A prototype of an upgraded patient room has been built at Haukeland University Hospital in Helse Vest, Bergen. The master’s thesis describes how the prototype is built, programmed, and tested. The technical facility is described in detail. The various functions of the program code are described and a SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition System) has been created for regulation and logging of various indoor climate parameters. Pressure conditions, air volumes, temperature and air quality (CO2 concentration) are monitored. The upgraded patient room is also documented by technical documents such as a whiteboard form, function description and user guide. Nine different experiments have been made to balance and document the upgraded patient room. The first three deal with the adjustment of the door sequence, how the air volume calculation was made and limit values to ensure the functionality of the rest of the ventilation system. Furthermore, an analysis of particle meters is presented and how these can document an infection-reducing effect in the upgraded patient room. The last five experiments show, with the help of theater smoke and trace gas measurements, the effectiveness of an activated recirculation system. Here, the upgraded patient room has been tested in various modes, “normal mode” and “OPR mode”. Cost calculations have been performed by obtaining information from involved project managers and sales engineers. It is shown by particle counting that the upgraded patient room reduces the particle spread to the corridor by more than 97% in OPR-mode compared to normal mode. This is a result of both a dilution of the concentration in the patient room, and a reduce of air transfer between the patient room and the corridor. Smoke studies have also been carried out which show a great improvement in the air distribution visually. The air exchange rate is increased by a minimum of 74% in patient rooms in OPRmode. Estimates show that such a conversion can be carried out for only 9-16% of the cost of a fullfledged airborne insulation, class 3.
Norsk sammendrag: Det er et stort behov for økt kapasitet av luftsmitteisolater i norske sykehus. Denne oppgaven, som er et bidrag til forskningsprosjektet «Forenklede løsninger for å minimere smittefare i isolater» hos Norconsult, tar for seg en ny løsning på dette problemet. Et oppgradert pasientrom skal kunne bygges med forenklede og økonomiske løsninger slik at kostnaden reduseres i forhold til et fullverdig luftsmitteisolat klasse 3. Oppgaven er bygget i forbindelse med ide og forskningsprosjekt hos Norconsult. Innledende laboratoriearbeid er utført av universitetet i Turku AMK, på oppdrag fra Norconsult. Dette har vist at luftoverføring mellom pasientrom og korridor ved en dørgjennomgang kan reduseres vesentlig ved å etablere en stempelstrøm gjennom døren. Masteroppgaven tar for seg følgende hypotese: Utvikling av en ventilasjonsløsning i en prototyp (pasientrom) hvor en skal undersøke om det er mulig å lage et oppgradert pasientrom som reduserer partikkelstrømningen fra pasientrom med 90% til korridor til 10% av kostnaden av å bygge et luftsmitteisolat klasse 3? Det utvikles et oppgradert pasientrom basert på data fra tidligere forskning. Denne prototypen blir testet i ulike modus for å vise effektivitet. Prototypen beskrives videre ved følgende forskningsspørsmål:
• Hvordan skal automatikksystemet fungere? • Hva vil en oppgradering av et pasientrom koste? • Hvordan kan et slikt system verifiseres? • Hvordan kan dette oppgraderte pasientrommet bli bedre?
Denne oppgaven tar for seg en enklere metode for å hindre luftspredning fra pasientrom til korridor. Det har blitt bygget en prototyp av et oppgradert pasientrom på Haukeland Universitetssykehus i Helse Vest, Bergen. Masteroppgaven beskriver hvordan prototypen er bygget, programmert og testet. Det tekniske anlegget er beskrevet detaljert. Programkodens ulike funksjoner blir beskrevet og det er laget et SD-anlegg for regulering og logging av ulike inneklimaparametere. Trykkforhold, luftmengder, temperatur og luftkvalitet (CO2-konsentrasjon) overvåkes. Det oppgraderte pasientrommet er også dokumentert ved tekniske dokumenter som tavleskjema, funksjonsbeskrivelse og brukerveiledning. Det er utført ni ulike forsøk for innregulering og dokumentering av det oppgraderte pasientrommet. De første tre tar for seg innregulering av dørsekvens, hvordan luftmengdeberegningen ble lagd og grenseverdier for å ivareta funksjonaliteten til det øvrige ventilasjonssystemet. Videre er en analyse av partikkelmålere presentert og hvordan disse kan dokumentere en smittereduserende effekt ved det oppgraderte pasientrommet. De siste fem forsøkene viser ved hjelp av teaterrøyk og sporgassmålinger effektiviteten til av aktivert omluftsystem. Her har det oppgraderte pasientrommet blitt testet i ulike modus, «normalmodus» og «OPR-modus». Kostnadsberegninger er utført ved innhenting av informasjon fra involverte prosjektledere og salgsingeniører. Det er vist ved partikkeltelling at det oppgraderte pasientrommet reduserer partikkelspredningen til sluse med over 97% i OPR-modus mot normalmodus. Dette er et resultat av både uttynning av konsentrasjonen i pasientrommet, og en begrenset luftoverføring mellom pasientrom og sluse. Det har også blitt utført røykstudier som viser en stor forbedring av luftspredningen visuelt. Luftutskiftningsraten økes med minimum 74% i pasientrom i OPR-modus. Estimater viser at en slik ombygning kan utføres for bare 9-16% av kostnaden for et fullverdig luftsmitteisolat, klasse 3.
Research project: : Forenklede løsninger for å minimere smittefare i isolater.
Supervisor(s): Trond Thorgeir HARSEM (Norconsult); Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: Norconsult (Merethe Lund); Johnson Controls; Haukeland Universitetssykehus (Geir Pedersen, Terje Øen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772558

Summary: Indoor air quality is important for both health and well being, with the COVID-19 pandemic, indoor quality has been of even greater signifcance. Modern buildings are built more space ecient and tight open plan solutions are becoming more common. This has therefore led to a growing awareness regarding the exposures from cooking and the adverse effects it may lead to, whereas today’s kitchen ventilation requirements may not be sufficient to remove these pollutants. A series of experiments were performed at SINTEF communities ventilation test room. These experiments included testing TEK17s minimum kitchen ventilation requirements. Also, three different typically Norwegian test meals were considered and these were tested with two different ventilation scenarios. One low ventilation scenario with only primary ventilation and one high ventilation scenario with primary ventilation with additional ventilation from the hood at level 2. Moreover, for one of the test meals, experiments were performed with varying portion sizes. In addition various usage patterns of the kitchen hood were investigated towards understanding the kitchen emission and exposure. Similar to previous findings, the cooking emissions varied with the different food type, ventilation rate, cooking style, and temperature. The PM2.5 peak emissions from the different test meals with only primary ventilation were found to be in the range of 38.9 to 84.6 µg/m³. While when the hood was on level 2, the PM2.5 levels of the meals lie between 0.7 to 1.6 µg/m³, showing the importance of using the range hood. The TEK17 ventilation scenario got a peak PM2:5 value of 14.8 µg/m³ in the middle of the room. However, the cook was exposed to up to 10 times higher amounts of particles during cooking. Furthermore, leaving the hood on for the entire experiment time versus turning it off right after the cooking time had little impact on particle emissions in all measuring locations. In contrast, when the hood was turned on 5 minutes after the beginning of the cook the particle emissions increased significantly, especially in location 1. Finally, the portion size of the meal did not show any great significance on the PM concentrations when the hood was turned on.
Norsk sammendrag: Inneluftkvalitet er viktig for både helse og velvære. Med COVID-19-pandemien har inneluftkvalitet blitt enda viktigere. Moderne bygninger bygges mer arealeffektive, og tette åpne planløsninger blir stadig mer vanlige. Dette har derfor ført til en økende bevissthet om eksponering fra matlaging og de negative effektene det kan føre til, mens dagens krav til kjøkkenventilasjon kanskje ikke er tilstrekkelige til å fjerne disse forurensningene. En serie eksperimenter ble utført i SINTEFs testrom for ventilasjon. Disse eksperimentene inkluderte testing av TEK17s minimumskrav til kjøkkenventilasjon. I tillegg ble tre forskjellige typisk norske testmåltider vurdert, og disse ble testet med to forskjellige ventilasjonsscenarioer. Ett scenario med lav ventilasjon med kun primærventilasjon og ett scenario med høy ventilasjon med primærventilasjon med ekstra ventilasjon fra kjøkkenviften på nivå 2. Videre ble det for ett av testmåltidene utført eksperimenter med varierende porsjonsstørrelser. I tillegg ble ulike bruksmønstre for kjøkkenviften undersøkt for å forstå utslipp og eksponering fra kjøkkenet. I likhet med tidligere funn varierte matlagingsutslippene med ulik mattype, ventilasjonshastighet, matlagingsstil og temperatur. Topputslippene av PM2,5 fra de forskjellige testmåltidene med kun primærventilasjon ble funnet å være i området 38,9 til 84,6 µg/m³. Mens når hetten var på nivå 2, lå PM2,5-nivåene for måltidene mellom 0,7 og 1,6 µg/m³, noe som viser viktigheten av å bruke avtrekksviften. TEK17-ventilasjonsscenarioet fikk en toppverdi for PM2:5 på 14,8 µg/m³ midt i rommet. Kokken ble imidlertid utsatt for opptil 10 ganger høyere mengder partikler under matlagingen. Videre hadde det liten innvirkning på partikkelutslippene på alle målesteder å la hetten være på i hele eksperimenttiden kontra å slå den av rett etter matlagingstiden. I motsetning til dette, økte partikkelutslippene betydelig da hetten ble slått på 5 minutter etter at koketiden startet, spesielt på sted 1. Til slutt viste ikke porsjonsstørrelsen på måltidet noen stor betydning for PM-konsentrasjonene da hetten ble slått på.
Research project: : Urb.Vent. (Healthy Energy-efficient Urban Home Ventilation).
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet); Kari THUNSHELLE (SINTEF Community).
Acknowledgements: SINTEF Community (Aileen Yang, Bjørn Ludvigsen); OsloMet (Peter G. Schild).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772468

Summary: For the past 50 years, world energy consumption has increased every year by 2%, and will in all probability continue at the same pace going forward. The UN Climate Panel says that we must cut emissions significantly if the world is to be able to meet the 2-degree target by 2100. Traditionally, due to economy, there has been a focus on lowering energy consumption in the building sector by reducing heat loss in the building body through increased insulation, or development of more efficient ventilation systems. Through lower energy consumption and cleaner electricity, it has therefore been possible to reduce the direct emissions somewhat associated with electricity consumption in Norway. Despite this, the building sector in Norway today still accounts for around 35% of the total energy consumption in the country, where the HVAC systems can account for as much as 36% of the greenhouse gas emissions from buildings. Calculations show that ventilation systems are becoming increasingly expensive, and yet less satisfactory. Therefore, several have questioned whether it is possible to use more natural air-conditioning principles to ventilate office buildings in Norway, with the hope of simplifying design and operation, lowering investment and operating costs, reducing energy needs and greenhouse gas emissions, while ensuring the indoor climate. This thesis has looked at a, as of today, planned building at Nydalen in Oslo, which is to be carried out with natural ventilation in the office part of the building. The thesis has assessed the indoor climate in the existing solution with natural ventilation, up against the thesis’ proposed hybrid and mechanical ventilation systems. Furthermore, the thesis has assessed what this will mean for net and delivered energy needs, as well as greenhouse gas emissions. The results in the thesis show that there is a lot of energy and large greenhouse gas emissions to save in using natural or hybrid ventilation instead of mechanical ventilation. Natural ventilation has the lowest delivered energy needs and greenhouse gas emissions, followed by hybrid ventilation. The thesis nevertheless shows that the use of only natural ventilation could be problematic for the indoor climate. This is especially related to drafts, low temperatures and high CO₂ values in winter, as well as high temperatures in summer. Hybrid ventilation will be able to reduce the risk of poor indoor climate on the coldest and warmest days of the year, while at the same time using the positive properties of natural ventilation for the rest of the year, which in turn will reduce energy use and greenhouse gas emissions.
Norsk sammendrag: Verdens energiforbruk har i de siste 50 årene økt med 2 % hvert år, og vil med all sannsynlighet fortsette i samme takt fremover. Samtidig sier FNs klimapanel at vi må kutte stort i klimagassutslippene hvis verden skal klare å møte 2-gradersmålet før år 2100. Tradisjonelt har det på grunn av økonomi, vært fokus på å senke energiforbruket innen bygningssektoren gjennom reduksjon av varmetapet i bygningskroppen ved økt isolasjon, eller utvikling av mer energigjerrige ventilasjonssystemer. Gjennom et lavere energiforbruk og renere strøm, har en derfor greid å senke de direkte klimagassutslippene knyttet til strøm-forbruket noe i Norge. Likevel står bygningssektoren i Norge i dag fremdeles for rundt 35 % av det totale energiforbruket i landet, hvor VVS-anleggene igjen kan stå for hele 36 % av klimagassutslippene fra bygninger. Beregninger viser også at ventilasjonsanlegg blir stadig dyrere, og likevel mer påklaget. Dette har reist spørsmålet om det er mulig å benytte seg av mer naturlige klimatiseringsprinsipper til å ventilere kontorbygninger i Norge, med håpet å forenkle designet og driften, senke investering- og driftskostnadene, redusere energibehovet og klimagassutslippene, samtidig som inneklimaet sikres. Oppgaven har sett på et planlagt og ferdigprosjektert signalbygg på Nydalen i Oslo, som planlegges utført med naturlig ventilasjon i kontordelen av bygget. Oppgaven har vurdert inneklimaet i eksisterende løsning med naturlig klimatisering, opp mot oppgavens foreslåtte hybride og mekaniske ventilasjonsanlegg. Videre har oppgaven vurdert hva dette vil bety for netto og levert energibehov, samt klimagassutslippene. Resultatene i oppgaven viser at det er mye energi og store klimagassutslipp å spare på å benytte naturlig eller hybrid ventilasjon fremfor mekanisk ventilasjon. Naturlig ventilasjon har lavest levert energibehov og klimagassutslipp, etterfulgt av hybrid ventilasjon. Oppgaven viser likevel at bruk av full naturlig ventilasjon vil kunne være problematisk for inneklimaet. Dette skyldes i hovedsak trekk, lave temperaturer og høye CO₂-verdier om vinteren, samt høye temperaturer om sommeren. Hybrid ventilasjon vil kunne redusere faren for dårlig inneklima på de kaldeste og varmeste dagene i året, samtidig som fordelene med naturlig ventilasjon blir utnyttet resten av året, som igjen vil kunne redusere energibruken og klimagassutslippene. Forskning viser også at noe bruk av naturlig ventilasjon kan ha positiv effekt på inneklimaet, og dermed gi en bedre totalopplevelse til brukerne.
Supervisor(s): Ida BRYN (OsloMet & Erichsen & Horgen), Arnkell J. PETERSEN (Erichsen & Horgen).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen (Anders Liaøy).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772500

Summary: In Norway 40 % of the energy used is related to buildings. [1] The fitness industry has experienced a solid growth. From 30 fitness centers in 1960 to close to 1200 in 2018. The last ten years the numbers of fitness centers have doubled and over a million Norwegians are members of a fitness centre. [2] Fitness centres and sport halls are buildings with high metabolic activity and demands large air volumes and cooling capacity for ensuring good air quality and comfortable temperatures. The need for large air volumes and cooling capacities is again leading to a high energy consumption in these buildings. The aim of this thesis was to examine the possibilities to reduce the air volumes recommended in a spinning room and to design a room which is experienced as comfortable for the spinning athletes. As reduced air volumes leads to a decreased cooling capacity by air, this has to be compensated by an increased cooling system. The existing cooling units are fan coils, and this was compared to a radiant cooled ceiling as there are concerns about noise and draught problems caused by the fan coil units. CFD simulations showed that draught is a major risk in the scenario with fan coils and that the placement of the fan coils supply terminal needs careful assessments to prevent the users of the spinning room to be exposed to high air velocities and draught. The results of the radiant cooled ceiling showed that control over the moisture production caused by the spinning activity in relation to the temperature of the ceiling is a necessity. The scenario with the reduced air volumes showed that the air volumes are sufficient to ensure good air quality in the room. The exception happens when the intensity of the activity is at its highest and there is a risk of elevated levels of CO₂ in the breathing zone of the athletes. The simulations also showed that the thermal stratification is maintained despite reduced air volumes and a relatively large cooled ceiling area. There were uncertainties in the simulations which lead to a proposal of a new, further simplified simulation to see if the same results are replicable. The simulations were never validated by physical measurements and this also leads to a proposal of validating the simulations. Both proposals could be completed as either a bachelor- or master thesis. Even though there are uncertainties about the simulations the results are considered plausible. Based on the results it is concluded that the recommended air volumes for a spinning room should be in the region of 150 m³/h, reduced from the governing recommendation by 100 m³/h.
Norsk sammendrag: I Norge er 40 % av energibruken knyttet til drift av bygninger. [1] Treningsindustrien har gjennomgått en solid vekst. Fra 30 treningssentre i 1960 til tilnærmet 1200 i 2018. De siste 10 årene har antall treningssentre blir fordoblet og over en million nordmenn er medlemmer av et treningssenter. [2] Treningssentre og idrettshaller er bygninger med høye metabolske aktiviteter som krever store luftmengder og kjølekapasitet for å sikre god luftkvalitet og komfortable temperaturer. Dette igjen fører til et stort energiforbruk knyttet til disse bygningene. Målet med denne master oppgaven var å undersøke mulighetene for å senke de anbefalte luftmengdene for spinningrom og allikevel designe et rom som oppleves med god luftkvalitet og er komfortabelt for spinning atletene. Siden reduserte luftmengder leder til en redusert kjølekapasitet ved lufttilførsel, måtte dette kompenseres ved å øke kjølekapasiteten til kjølesystemet. Eksisterende kjøling er basert på fan coils, og disse ble sammenlignet med radierende kjølt himling, siden det har blitt ytret bekymringer rundt lyd- og trekkproblematikk ved bruk av fan coils. CFD simulasjoner viste at det var stor fare for trekk i scenarioet som inkluderer fan coils og at plassering av fan coil uniten må adresseres med omhu for å unngå at brukere av spinningrommet blir utsatt for høye lufthastigheter og trekk. Resultatene av kjølt himling viste at kontroll over fuktbelastningen i rommet er viktig. Scenarioet med reduserte luftmengder viste at luftmengdene er tilstrekkelige for å opprettholde god luftkvalitet i rommet. Unntaket er når intensiteten av aktiviteten er ved maks da det vil være en risiko for økte CO₂ mengder i oppholdssonen. Simuleringen viste at den termiske sjiktingen er ivaretatt selv ved lavere luftmengder og økt areal på den kjølte himlingen. Det ble avdekket usikkerheter ved simuleringen som fører til forslag om at det utføres en ny simulering som er ytterligere forenklet i forhold til denne for å se om de samme resultatene er replikerbare. Simuleringen ble heller aldri verifisert gjennom fysiske målinger og dette fører også til et forslag om å gjennomføre fysiske målinger for å verifisere simuleringen. Selv om det ble oppdaget usikkerheter knyttet til simuleringen ble resultatene vurdert som sannsynlige. Basert på resultatene blir det foreslått å anbefale en luftmengde på 150 m³/h person i spinningrom, som reduserer dagens anbefalinger med 100 m³/h.
Supervisor(s): Moon K. KIM (OsloMet).
Acknowledgements: Ingenia AS.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772575

Summary: Most people spend the majority of a day indoors where temperature and air quality have a big impact on their work performance, comfort and health. To be able to control the spread of diseases in indoor environments it is crucial to understand the indoor air flows. An important part of this is to look at the different factors which effects the way the air moves. Understanding of air flow and mass exchange by the opening of a door is beneficial for estimation of pollutant transport and this makes us able to better predict and control desired indoor environment. In this thesis Numerical simulations were performed to solve coupled of mass, momentum and energy transport equations. The focus of this work was the usage of the overset mesh for moving rigid boundaries and two-equation turbulence models towards understanding the effects of door opening speed and time, thermal effects, and turbulence models. This work is also very relevant to the present pandemic situation. The simulations involve three different types of doors. One hinged, one sliding and one elevator door. In addition to the different door types, it has also been performed simulations with different opening times and thermal effect. Besides how the door moves the geometry and boundary conditions are the same for each case. To track the air exchange between the two rooms sulfur hexafluoride (SF6) tracer gas was used. To verify the CFD methods used in the thesis a test case that is similar in both physics and geometry to the simulations previously reported by the other researchers in the literature have been reproduced. When reviewing the flow field and the velocity It is evident from the comparison that the solutions from the reproduced model agree well with the literature. The comparison of the opening and closing door motions times for the hinged and the sliding door shows that the total time of the motion affects the airflow. Lower opening time creates a higher velocity and more exchange between the two rooms. For the non-thermal simulations visual comparison was done by monitoring the mass fraction of SF6 in a scalar scene and the velocity with the use of the Line Integral Convolution (LIC) in the vector scene. The results clearly shows that the hinged door creates most exchange of air and creates the most velocity in the airflow. The sliding door and the elevator door has less effect. The cumulative mass of SF6 exchanged through the door opening was also monitored and showed that the hinged door has the biggest impact. Time snaps at different timesteps of velocity and mass flux shows the same trend with the biggest effect from the hinged door. For the thermal cases is also shown that the hinged door creates most exchange of air and creates the most velocity in the airflow. Still the sliding door and the elevator door seems to be most affected by the temperature. Meaning that these cases show a clearer difference compared to the non- thermal case. The cumulative mass of SF6 exchanged through the door opening is also closer to hinged door. The time snaps at different timesteps shows the same trend with the most change in velocity and mass flux for the elevator and the sliding door. The hinged door is also seen the dominant force for the thermal case but it is seen clearly that the temperature difference effects the airflow. It can be concluded that STAR CMM+ is a powerful tool and that the overset mesh works well for the purpose of simulating solid movements. Using the overset mesh is a demanding process in the start-up phase, but this type of CFD simulations provide valuable information for estimation of pollutant transport and prediction of desired indoor environment. The results are also relevant for energy use, the thermal simulations of the cold storage room in particular.
Norsk sammendrag: De fleste tilbringer mesteparten av dagen innendørs der temperatur og luftkvalitet har stor innvirkning på arbeidsytelse, komfort og helse. For å være i stand til å kontrollere spredning av sykdommer i innemiljøer er det avgjørende å forstå innendørs luftstrømmer. En viktig del av dette er å se på de ulike faktorene som påvirker måten luften beveger seg på. Forståelse av luftstrøm og masseutveksling ved å åpne en dør er gunstig for estimering av luft forurensing og dette gjør oss i stand til bedre å forutsi og kontrollere ønsket innemiljø. I denne oppgaven ble det utført numeriske simuleringer for å løse koblet av ligninger mellom masse, momentum og energitransport. Fokuset for dette arbeidet var bruken av det «overset mesh» for å flytte solide grenser og to-ligningsturbulensmodeller for å bedre kunne forstå effekten av døråpningshastighet og -tid, termiske effekter og turbulensmodeller. Dette arbeidet er også veldig relevant for den nåværende pandemisituasjonen. Simuleringene involverer tre forskjellige typer dører. En hengslet, en glidende og en heisdør. I tillegg til de forskjellige dørtypene er det også utført simuleringer med forskjellige åpningstider og termisk effekt. Foruten hvordan døren beveger seg, er geometrien og grensebetingelsene de samme for hvert tilfelle. For å spore luftutvekslingen mellom de to rommene ble det brukt svovelheksafluorid (SF6) som sporgass. For å verifisere CFD-metodene som ble brukt i oppgaven, er en test simulering som er lik i både fysikk og geometri. Dette blir gjengitt av simuleringene som tidligere er rapportert av de andre forskerne i litteraturen. Når vi gjennomgår strømningsfeltet og hastigheten, fremgår det av sammenligningen at løsningene fra den gjengitte modellen stemmer godt overens med litteraturen. Sammenligningen av åpning og lukking av bevegelsestider for hengslet og skyvedør viser at den totale bevegelsestiden påvirker luftstrømmen. Lavere åpningstid skaper høyere hastighet og mer utveksling mellom de to rommene. For de ikke-termiske simuleringene ble visuell sammenligning gjort ved å overvåke massefraksjonen av SF6 i en skalar scene og hastigheten ved bruk av «Line Integral Convolution (LIC)» i vektorscenen. Resultatene viser tydelig at den hengslede døren skaper mest luftutveksling og skaper mest hastighet i luftstrømmen. Skyvedøren og heisdøren har mindre effekt. Den kumulative massen av SF6 som ble byttet ut gjennom døråpningen ble også overvåket og viste at den hengslede døren har størst innvirkning. Tidsklipp på forskjellige tidspunkter av hastighet og masseflyt viser den samme trenden med den største effekten fra den hengslede døren. For de termiske tilfellene er det også vist at den hengslede døren skaper mest luftutveksling og skaper mest hastighet i luftstrømmen. Likevel ser skyvedøren og heisdøren ut til å være mest påvirket av temperaturen. Dette betyr at disse tilfellene viser en klarere forskjell i forhold til ikke-termisk tilfelle. Den kumulative massen av SF6 som utveklses gjennom døråpningen, er også nærmere hengslet dør. bilder ved forskjellige tidspunkt viser den samme trenden med mest endring i hastighet og massestrøm for heisen og skyvedøren. Den hengslede døren er også sett på som den dominerende kraften for den termiske saken, men det sees tydelig at temperaturforskjellen påvirker luftstrømmen. Det kan konkluderes med at STAR CMM + er et kraftig verktøy og at «overset mesh» fungerer bra med det formål å simulere solide bevegelser. Å bruke det overskuddsnettet er en krevende prosess i oppstartsfasen, men denne typen CFD-simuleringer gir verdifull informasjon for estimering av transport av forurensende stoffer og forutsigelse av ønsket innemiljø. Resultatene er også relevante for energibruk, spesielt de termiske simuleringene av kjølerommet.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772543

Summary: To check whether it is possible to improve the environmental impact of a ventilation system, two different methods were compared by making LCA calculations. These two methods are traditional LCA calculation with Excel and BIM calculation tool One Click LCA. These two methods are in themselves quite similar when it comes to calculations. The environmental impact of the ventilation system on buildings is poorly documented, where today there are far too few Norwegian EPDs for ventilation, and the need to do this process will then be more sought after which makes the background for this task. In the process of performing LCA calculation, various software was used. The main goal is to discuss the methods and draw a conclusion about how well One Click LCA can reduce the environmental impact. The way to achieve this is to perform the different methods of an office building in Trondheim from the facility Ocean Space Center. By performing an LCA calculation, Autodesk Revit and Solibri were used to extract material volumes, components, and parameters of the office building. The quantities and components were entered into Excel and One Click LCA in order to then be able to calculate LCA. Generic data and prepared EPDs were used in the calculations where these were necessary data to calculate greenhouse gas emissions. The results revealed a difference in greenhouse gas emissions of carbon GWP for each method that led to a significant impact on the environment. By traditional calculation, the emissions of GWP were a value of 18.74 kgCO₂-eqv / m². Use of One Click LCA estimated values of 23.3 kgCO₂-eqv / m², respectively. It is assumed that the difference is due to the use of different values and the accuracy of the calculations. The conclusion is that the type of LCA that can be performed is Screening LCA and Simplified LCA in the pre-engineering phase, where the development levels LOD 300 are suitable for Screening LCA and LOD 350 is suitable for Simplified LCA. From the information for recommendations in PCR of ventilation components, it is concluded that there is a need to create more Norwegian EPDs for ventilation systems. Generic data in One Click LCA is practically not suitable for the Norwegian circumstances of a ventilation system. There is little information on the number of amounts of greenhouse gas emissions for ventilation, which means that the values give great uncertainty. The calculation tool is still under development for ventilation systems but has great potential for current primary use for Norwegian construction industries.
Norsk sammendrag: For å sjekke om det er mulig å forbedre miljøpåvirkning av et ventilasjonssystem ble to forskjellige metoder sammenlignet ved å gjøre LCA-beregninger. Disse to metodene er tradisjonell LCA-beregning med Excel og BIM-beregningsverktøy One Click LCA. Disse to metodene er av seg selv ganske lignende når det gjelder beregninger. Miljøpåvirkning av ventilasjonssystem på bygninger er det lite dokumentert hvor i dag er det alt for få norske EPDer for ventilasjon, og behovet for å gjøre denne prosessen vil da bli mer ettertraktet som gjør bakgrunnen for denne oppgaven. I prosessen med å utføre LCA-beregning ble forskjellig programvare brukt. Hovedmålet er å diskutere metodene og trekke en konklusjon om hvor godt One Click LCA kan brukes til å redusere miljøpåvirkningen av et ventilasjonssystem. Måten å oppnå dette på er å utføre de forskjellige metodene på en kontorbygning i Trondheim fra prosjektet ZEN-case Ocean Space Center. Før det ble utført en LCA-beregning, ble Autodesk Revit og Solibri brukt for å ta ut materialmengder, komponenter og parametere av kontorbygningen. Mengdene og komponentene ble satt inn i Excel og One Click LCA for å kunne da beregne LCA. Generiske data og utarbeidede EPDer ble brukt i beregningene hvor disse var nødvendige data for å beregne klimagassutslipp. Resultatene avdekket en forskjell i klimagassutslipp av karbon GWP for hver metode førte til en betydning på miljøpåvirkningen. Ved tradisjonell beregning ble utslippet av GWP en verdi på 18,74 kgCO₂-eqv/m². Bruk av One Click LCA estimerte henholdsvis en verdi på 23,3 kgCO₂-eqv/m². Grunnen til stor forskjellen skyldes ved usikre antagelser av forskjellige verdier og nøyaktigheten fra beregningene. Konklusjonen er at type LCA som kan utføres er Screening LCA og Forenklede LCA i forprosjekteringsfasen, hvor utviklingsnivåene LOD 300 er egnet for Screening LCA og LOD 350 er egnet for Forenklede LCA. Fra informasjonene for anbefalinger i PCR av ventilasjonskomponenter, konkluderes med at det er behov for å lage flere norske EPDer for ventilasjonssystemer. Generiske data i One Click LCA er praktisk ikke egnet for de norske omstendigheter til et ventilasjonssystem. Det er lite informasjon av antall mengder klimagassutslipp for ventilasjon som gjør at verdiene gi stor usikkerhet. Beregningsverkøyet er fortsatt under i utvikling for ventilasjonssystem, men har store potensialer ved aktuell primærbruk for norske byggransjer.
Research project: : Grønn VVS.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Mads MYSEN (GK).
Acknowledgements: GK Inneklima AS; Civitas (Eivind Selvig); Erichsen og Horgen (Elizabeth Smith Kayleigh); Statsbygg (Hanne Gro Korsvoll); SINTEF (Selamawit Mamo Fufa).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772556

Summary: This master thesis presents the results of comparing climate data file based on EN-ISO 15927-4 approach and new one- year compact climate data file to climate data file based on 11- years of hourly raw data observations from 01.01.2003 to 31.12.2013 in Blindern, Flesland, Kise, and Kirkenes representing different climate zones in Norway. Three climate data sets were tested on the middle floor of the Office building assuming no heat loss between the floors with two types of exterior facades: with high, and low thermal masses. A new one- year compact climate data file was used for simulating seven rounds of random years started with different weekdays on building with high thermal masses in Blindern to investigate if years started with different weekdays would have appreciable deviation comparing to a reference climate data file with raw data. The results of this master thesis were compared for total heating, total cooling, total supplied electricity use, PV Production, exhaust temperature, and operative temperature on the south facade of the building. The results of the research may be used for energy performance of the building, designing of the HVAC systems, and indoor climate analyses.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven presenterer resultatene av en sammenligning av klimadatafiler basert på EN-ISO 15927-4-tilnærmingen og en ny ettårig kompakt klimadatafil med en klimadatafil basert på 11 års timebaserte rådataobservasjoner fra 01.01.2003 til 31.12.2013 i Blindern, Flesland, Kise og Kirkenes, som representerer forskjellige klimasoner i Norge. Tre klimadatasett ble testet i midterste etasje i kontorbygningen, under antagelse om at det ikke var noe varmetap mellom etasjene, med to typer utvendige fasader: med høy og lav termisk masse. En ny ettårig kompakt klimadatafil ble brukt til å simulere syv runder med tilfeldige år startet med forskjellige ukedager i en bygning med høy termisk masse i Blindern for å undersøke om år startet med forskjellige ukedager ville ha et merkbart avvik sammenlignet med en referanseklimadatafil med rådata. Resultatene fra denne masteroppgaven ble sammenlignet for total oppvarming, total kjøling, totalt tilført strømforbruk, PV-produksjon, avtrekkstemperatur og driftstemperatur på sørfasaden av bygningen. Resultatene fra forskningen kan brukes til bygningens energiytelse, design av HVAC-systemer og analyser av inneklima.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: Statsbygg (Cathrine Chantal Grini); GK (Mads Mysen); Multiconsult (Ankell Jonas Petersen, Trond Ivar Bøhn).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772493

Summary: In this study there has been performed a multi-objective optimization of parameters to the building envelope and ventilation setpoint temperatures to an office building located in Oslo. The purpose of the optimization is to identify the optimal retrofitting measures of the reference building where lifecycle cost (LCC) and lifecycle carbon footprint (LCCf) is minimalized. To establish a suitable method a wide and thoroughly literature study was carried out, which was an important part of the preparation. The methodology began with modelling the reference building according to TEK17 and then perform a dynamic energy simulation. This was executed with the use of IDA-ICE and where the model was further optimized with GenOpt. To be able to define parameters for optimization and there corresponding cost and emission a graphical script was developed. In the script it was established demands to thermal comfort and energy use. The demands where PPD value 26°C not more than 50 hours and energy use < 115kWh/m2year. If one of the demands was not met the result would be invalidated. Since GenOpt only optimize for single objectives, it was made use of a “weighted sum approach” in the graphical script to cope with both LCC and LCCf. In the optimization process it was formed three scenarios, which should distinguish cost and CO₂-emission differently with the use of different weights. Thus, be able to find which solution that gives the most profitable and environmentally friendly retrofitting measure. The results from the optimization gave different combinations of building envelope parameters for the optimal solutions in each scenario. This will result in different amount of cost savings and reduction of CO₂-emission. The main findings of the study were that with equal and environment weighted optimization the difference in results would be only 2 NOK/m² and 0,1 kgCO₂eq/m². But with cost weighted optimization the cost savings would be even greater at 818 NOK/m², but also have a lower reduction of CO₂-emission at 31,2 kgCO₂eq/m². All the optimal solutions led to a remarkable reduction of energy use. Where the optimal solutions for the even and environmentally weighted scenarios would satisfy the calculated heating and cooling demand according to the Passive house standard. It was further investigated if the optimal solutions would give good daylight conditions in the building. The results of the daylight simulation indicated that there was a need of windows with improved solar transmittance. Therefore, it is suggested to add the result of the daylight simulation as a constrain in the graphical script. The study has suggested a methodology for multi-objective optimization of an office building and identified the optimal solutions to make the building more cost efficient and environmentally friendly.
Norsk sammendrag: I dette studiet har det blitt gjennomført en multi-objektiv optimalisering av parametere til klimaskjermen og settpunkt temperaturer til ventilasjonsenheten for et kontorbygg lokalisert i Oslo. Hensikten med optimaliseringen var å identifisere de optimale løsningene for renovering av bygget slik at både livssykluskostnaden (LCC) og livssykluskarbonfotavtrykket (LCCf) ble minimalisert. For å kunne etablere en egnet metode for studiet ble det gjennomført en bred og grundig litteraturstudie, som var en viktig del av forarbeidet. Metoden for forskningen var å først modellere referansebygget i henhold til TEK17 og så gjennomføre en dynamisk energisimulering av bygget. Dette ble gjort i simuleringsverktøyet IDA-ICE og hvor modellen skulle videre optimaliseres med verktøyet GenOpt. For å kunne definere parameterne for optimalisering og deres kostnader og utslipp ble det utviklet et grafisk skript. I dette grafiske skriptet ble det også satt krav til termisk komfort og energibruk. Kravene var PPD verdi 26°C ikke i over 50 timer og energibruk <115kWh/m2år. Hvis ett av kravene ikke ble møtt ville det resultere i et ugyldig resultat. Siden GenOpt optimaliserer for bare et objektiv ble det i det grafiske skriptet benyttet en «vektet summetode» for å håndtere både LCC og LCCf. Ved optimaliseringsprosessen ble det satt opp ulike scenarioer, hvor tre ulike scenarioer skulle skille mellom lik og ulik vekting av kostnad og CO₂-utslipp. På denne måten vil man kunne finne hvilken løsning som vil resultere i det mest lønnsomme eller miljøvennlige tiltaket. Resultatene fra optimaliseringen viste ulike kombinasjoner av bygningsparametere for de optimale løsningene i hvert scenario. Som også ville føre til forskjellig kostnadsbesparelser og reduksjon av CO₂-utslipp. Hovedfunnene i studiet var at ved lik vekting og miljø vektet optimalisering ville resultatet bare ha en forskjell på 2 kr/m² og 0,1 kgCO₂eq/m². Men ved kostnadsvekting ville føre til en enda større besparelse på 818kr/m², men også mindre reduksjon av CO₂-utslipp på 31,2 kgCO₂eq/m². Alle de optimale løsningene ville føre til et betydelig redusert energibruk. Hvor løsningene for lik og miljø vektet scenario vil kunne tilfredsstille beregnet oppvarming og kjølekrav stilt til et passivhus. Det ble videre undersøkt om løsningene vil kunne gi gode dagslysforhold i bygget. Resultatene viste at det vil kunne være behov å benytte vinduer som har bedre lystransmisjon og at dagslysfaktor burde være en begrensning i det grafiske skriptet ved optimalisering. Studiet har foreslått en metode for multi-objektiv optimalisering av et kontorbygg og identifisert de optimale løsningene for å gjøre bygget mer besparende og miljøvennlig.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772526

Summary: The present work evaluates different decentralized ventilation control strategy and supply temperature regulation strategy combinations in local Norway climate and is the main focus. Field measurements on decentralized ventilation systems are utilized, which is further applied to mold a representative decentralized ventilation unit for evaluation of energy performance in a single-person reference zone. Evaluation is performed using a monthly time-step energy analysis, and the IDA ICE simulation tool for a comparative primary energy analysis on the strategy combinations, while simultaneously agreements of the national requirements are upheld. Primary energy comparison is conducted with respect to a centralized constant air volume (CAV) system, which is compared with all decentralized ventilation strategy combinations for a full comprehensive comparative analysis. The strategy combinations are assessed with respect to comfort criteria for a better understanding of the strategy potential. Assessment of the decentralized ventilation heat recovery unit applicability in local Norway climate is conducted based on seasonal energy analysis. Furthermore, the strategy combinations are tested with respect to higher occupancy zones, and also by using commercially available decentralized ventilation unit specifications for a wider understanding of the decentralized ventilation potential in local Norway climate. The results of the evaluation show that the representative decentralized ventilation system has the greatest energy performance under demand controlled ventilation control strategies, as the lower heat recovery efficiency is less utilized in the cold climate, and the low specific fan power can efficiently be used for zone cooling in summer. If the commercially available decentralized ventilation system does not exaggerate the given specifications, the decentralized ventilation technology has great potential in Norway climate due to the high heat recovery unit efficiency and low specific fan power, and supply air strategies such as natural fan-assisted ventilation and temperature regulation, in combination with the superior room-by-room/personalized ventilation control strategy possibilities.
Norsk sammendrag: Arbeidet evaluerer ulike desentraliserte ventilasjonskontrollstrategier- og tilluftstemperaturreguleringskombinasjoner for lokalt Norsk klima og er hovedfokuset i oppgaven. Feltmålinger på desentraliserte ventilasjonssystemer benyttes som videre brukes til å forme en representativ desentralisert ventilasjonsenhet for evaluering av energieffektivitet i en enkeltpersons referansesone. Evaluering utføres ved hjelp av en månedlig gjennomsnittlig energianalyse, og ved hjelp av IDA ICE-simuleringsverktøyet for en komparativ primær-energianalyse av strategikombinasjonene, samtidig som nasjonale krav opprettholdes. Primær-energisammenligning utføres med hensyn til et sentralisert system med konstant luftvolum (CAV), som sammenlignes med alle desentraliserte ventilasjons-strategikombinasjoner for en fullstendig omfattende komparativ analyse. Strategikombinasjonene blir vurdert med hensyn til komfortkriterier for bedre forståelse av strategipotensialet. Vurderingen av den desentraliserte ventilasjonenhetens varmegjenvinningsevne analyseres basert på sesongbaserte energianalyser. Videre testes strategikombinasjonene med tanke på soner med høyere personlaster, og også ved bruk av kommersielt tilgjengelige desentraliserte ventilasjonsenhets spesifikasjoner for en bredere forståelse av det desentraliserte ventilasjonspotensialet i det Norske klimaet. Resultatene av evalueringen viser at det representative desentraliserte ventilasjonssystemet har best energieffektivitet under temperaturbehov-styringsstrategier, da den lavere varmegjenvinningseffektiviteten blir mindre utnyttet i det kalde klimaet, og den lave spesifikke vifteeffekten effektivt kan brukes til kjøling om sommeren. Hvis det kommersielt tilgjengelige desentraliserte ventilasjonssystemet ikke overdriver de gitte spesifikasjonene, så har den desentraliserte ventilasjonsteknologien et stort potensial i det Norske klimaet på grunn av den høye varmegjenvinningseffektiviteten og den lave spesifikke vifteeffekten, og tilluftsstrategier som naturlig vifte-assistert ventilasjon og temperaturregulering, i kombinasjon med rom-til-rom/personlig ventilasjon kontrollstrategi muligheter.
Supervisor(s): Moon K. KIM (OsloMet); Ørnulf KRISTIANSEN (Multiconsult).
Acknowledgements: Multiconsult.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2831686

Summary: In Norway, buildings account for 40% of total energy use, and the country has therefore set a goal of reducing the supply of energy to buildings by 40 TWh/year by the year 2040. The increased requirements for energy efficiency of buildings have resulted in a greater risk of over-temperature in the summer. Passive houses are particularly exposed due to low heat loss through the building body. It is important to take advantage of measures to achieve a good indoor climate by using simple passive measures already in early project phase, for a satisfactory indoor climate can be achieved. In the early project phase, pre-accepted performance requirements from TEK17 §3-4 can be used to avoid over-temperature, but these performance requirements are unspecific. Therefore, it will be beneficial to have simple formulas that are more specific. So, the purpose of this master’s thesis is to develop simple dimension criteria to prevent over-temperature in passive houses. The passive measures used during the study were: Overhang over window, integrated exterior blind, solar heat gain coefficient (SHGC), low emission coating on window glass, window area/room area, insulation thickness in wall and ceiling, thermal conductivity in insulation and orientation on window glass. The parametric energy simulations were performed with the program IDA ICE, where an office building located in Oslo was simulated. A global sensitivity analysis was performed in the program using the Monte Carlo function after the Morris method (OAT), to describe the uncertainty of each parameter. The analysis gave a better understanding into how each input parameters impacted the operational temperature and energy consumption. The datasets were validated with the following statistical tests: Correlation test, Kolmogorov – Smirnov test, variance test (F-test) and T-test. To find a favorable solution within variation areas, the optimization tool GenOpt was used. With the software Eureqa, symbolic regression was performed on the datasets. This provided tailored regression models of the data. Simple dimension criteria were then formulated from the regression models. The most effective measures that prevent over-temperature and reduce cooling requirements are window area/room area, depth of overhang and SHGC. As an example, operating temperature will be reduced by about 2% when the g-value decreases by 0.05.
Norsk sammendrag: I Norge så utgjør bygninger 40% av den totale energibruken, landet har derfor satt som mål å redusere levert energi til bygninger med 40 TWh/år innen år 2040. Økte krav til energieffektivisering av bygninger har medført større risiko for overtemperatur om sommeren. Passivhus er da spesielt utsatt på grunn av lite varmetap igjennom bygningskroppen. Ved å benytte enkle passive tiltak allerede i tidlig prosjektfase kan man oppnå et tilfredsstillende inneklima I tidlig prosjektfase kan man bruke preaksepterte ytelseskrav fra TEK17 §3-4 for å unngå overtemperatur, disse ytelseskravene er derimot uspesifikke. Det vil derfor være gunstig med enkle formler/tommelfingerregler som er mer konkret. Så formålet med denne masteroppgaven er å utvikle enkle dimensjonskriterier for å hindre overtemperatur i passivhus. Passive tiltak som ble brukt under studie var: Overheng over vindu, integrert utvendig persienne, solfaktor i vindusglass, lavemisjonsbelegg på vindusglass, vindusareal/romareal, isolasjonstykkelse i vegg og tak, termisk konduktivitet i isolasjon og orientering på vindusglass. Parametriske energisimuleringene ble utført i programmet IDA ICE, hvor man simulerte et kontorbygg lokalisert i Oslo. Det ble utført en global sensitivitetsanalyse i programmet med funksjonen Monte Carlo etter Morris metoden (OAT), for å beskrive usikkerheten til hver parameter. Analysen ga et bedre innblikk i hvilke inndataparametere som hadde størst påvirkning på operativ temperatur og energiforbruket. Datasettene ble validert med følgende statistiske tester: Korrelasjonstest, Kolmogorov – Smirnov test, varianstest (F-test) og T-test. For å finne gunstige designløsninger innenfor variasjonsområde anvendte man optimaliseringsverktøyet GenOpt. Med programvaren Eureqa utførte man symbolsk regresjon på tiltakene. Dette ga skreddersydde regresjonsmodeller av datasettene. Enkle dimensjonskriterier ble så utformet fra regresjonsmodellene. De mest effektive tiltakene som hindrer overtemperatur samt reduserer kjølebehovet er: vindusglass/romareal, dybde på overheng og solfaktor. Som et eksempel vil operativ temperatur bli redusert med cirka 2% når g-verdien går ned med 0,05.
Supervisor(s): Moon K. KIM (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Peter G. Schild, Mehrdad Rabani).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772535

Summary: In the first part of this paper, the theoretical background is described to show how the software is been built. Mass equation, moment equation, energy equation, transport equation and equation of state is some of the core in theoretical background. Turbulence equation and its models is also explained in detail as part of basic background toward giving good understanding of CFD methods. Applying filtering or filtering functions on unsteady Naiver-strokes equations to separate large eddy from small eddies and Scale resolving simulations via detached eddy simulations (DES) and its variants (modification of RANS model) is covered as a theory part in this paper. The focus of this work will be the usage of overset mesh zero gap for moving rigid boundaries. This work is also very relevant to the present pandemic situation. As it mentioned above our main aim of this paperwork is to simulate hinged door and analyse the variation of the flow properties. Due to the variations of the flow properties with time and space transient flow analysis is used to get the solution. Hinged door is located between two rooms that has different initial flow properties, but it will be assumed to have the same initial properties to simplify the simulations time and effort. The door opens at a certain angular velocity and its effect up on the air around the door is visualized to analyse the data. In this case, mass flow, air velocities, transfer of energy in the form momentum and movement of pollutant is analysed from the result of the simulation. It is not easy to analyze the flow properties in transient flows because of the fluctuations of its flow properties throughout the rotation. The geometry of the domain to be simulated is created in STAR CCM+ and the created geometry is simulated in the simulation itself. The movement of the door is made to move a certain angle before it returns to its initial state of rest, and this is done by creating a suitable function that governs the motion of the door. The speed of the door can be adjusted in the function that has been created in to compare the results of simulation that simulated with different angular velocities. Screen shot of results at three different states, at the start of door opening, when the door opens fully, and when the door finally closed. In addition to that the mass flow is traced by creating a derived plane in the door opening and the results is shown in kg/s versus time. has been taken to show and compare the results to each other. This door opening as well as the movement of fluid from one room to the other will be simulated in a computer by software that use CFD method. The most known and well used software that used in this purpose is Star CCM+. To do simulation of fluid in this software, needs a strong computer that can execute handle simulations faster otherwise the simulation is going to take a lot of time.
Norsk sammendrag: I den første delen av denne artikkelen er den teoretiske bakgrunnen beskrevet godt for å vise frem hvordan programvaren er bygget på. Masseligning, momentligning, energiligning, transportligning, energiligning, transportligning og tilstandsligning er noe av de hoved delene i denne teoretiske bakgrunn. Turbulensligning sammen med dens modeller er også forklart tidlig som en del av den bakgrunnen for å gi god forståelse for CFD-metoder. Bruk av filtrerings eller filtrerinsfunksjoner på ustabile Naiver-Strokes-ligninger for å skille stor virvel fra små virvler og skalaløsningssimuleringer via frittliggende virvel-simuleringer (DES) of dens varianter (modifisering av RANS-modellen) er dekket som en teoridel i denne artikkelen. Hoved målet for dette oppgave vil være bruken av overset mesh gap for å flytte stive grenser. Dette masteroppgaven også veldig relevant for den nåværende pandemisituasjonen. som nevnt ovenfor, er vårt hovedmål med dette oppgaven å simulere hengslet dør og analysere variasjoner i strømningsegenskapene. Transient strømningsanalyse er brukt for å få løsning fordi strømningsegenskapene variere med tid og punkt i Space. Hengslet dør er plassert mellom to rom som har forskjellige innledende flyteengskaper, men det antas å ha de samme innledende egenskapene for å forenkle simulerings eller spare tid. Døren åpnes med en viss vinkelhastighet, og effekten av den hastigheten på lufta rundt døren visualiseres for å analysere dataene. I dette tilfellet blir massestrøm, lufthastigheter, overføring av energi i form av moment og bevegelse av forurensede stoffer analysert fra resultatet av simuleringen. Det er ikke let å analysere strømningsegenskapene i forbigående strømmer på grunn av svingningen i strømningsegenskapene gjennom rotasjonen. Geometrien til Domain som skal simuleres, opprettes i samme simuleringsverktøy simuleringen skjer. Døren bevege seg en viss vinkel før den går tilbake til sin opprinnelige start punkt og dette skjer gjennom en funksjon som befinne seg i selve simuleringsverktøy. Dørens hastighet kan justeres i funksjonen og der etter simuleringsresultatene for hvert hastighetsfelt kan sammenlignes for å se effekten av de forskjellige hastigheter. Skjermbilder av resultatene i de tre forskjellige bevegelsestilstander, ved begynnelsen av døråpningen, når døren er helt åpent og når døren er i luket er tatt in resultat feltet to vise fram effekten av dør på luft rundt seg. Det er satt en 2D-Plan i døråpningen to se massestrømningen (kg/s) gjennom det planen i løpet av hele rotasjonen. Den dør rotasjonen og bevegelse på luft i domain blir simulert i en datamaskin med programvare som bruker CFD-metoden. Den meste kjente, og meste brukte programvaren som brukes i detter formålet er STAR CCM+. Dette simuleringsverktøy krever en veldig solid datamaskin for å gjøre simuleringene raskere. (translate, u.d.).
Supervisor(s): Ole MELHUS & Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772531

Summary: Electrification of energy systems is an important part of “The green shift”. Heat pumps are considered as a part of this solution because they can replace fossil energy sources used for heating. The construction industry accounts for up to 40 % of the global greenhouse gas emissions and utilization of low–temperature solutions, which create energy–efficient and climate–friendly buildings will be an important part of the process to lower the greenhouse gas emissions. Isolve Air is a newly developed indoor climate control unit with integrated ventilation –, heat pump – and energy storage unit, which is based on the natural refrigerant R744 (CO2). Field measurements have been carried out to test how an integrated CO₂ heat pump for space heating and hot tap water combined with a water – based underfloor heating system, connected in series with the bathroom course, can be used in a brand new residential building built according to the Norwegian building regulations (TEK17). The focus was to analyse how the efficiency for space heating in the heat pump was, and how the development of the thermal comfort was with this type of distribution system. The background for the analysis was to investigate why the new developed indoor unit, based on the refrigerant CO₂ should be used in residential buildings compared to other conventional air to water – heat pump systems. Based on the results, the heat pump unit will be able to achieve a higher Coefficient of performance factor (COP) for space heating than conventional air to water – heat pumps and other «state – of – the – art» CO₂ – heat pumps. The COP – value for room heating varies from 6,0 – 7,35 with the respective setpoint set to 27 – 30 ˚C supply temperature and 19 – 22 ˚C room temperature measured over 24 h for each setpoint. The distribution system delivers low return water temperatures (as it is designed for) and ensures good heat utilization around the distribution system. Setpoint for room temperature is only achieved at the lowest setpoint temperatures (19 – 20 ˚C room temperature), while the supply temperature never managed to reach its setpoints. Thermal comfort does not change to a particularly great extent when changing the setpoint temperature and is satisfied with the thermal comfort requirements. Despite the results, a further analysis of the heat pump unit is necessary for further recommendations compared to conventional heat pumps.
Norsk sammendrag: Elektrifisering av energisystemene er en viktig del av det grønne skiftet. Varmepumper anses som en del av løsningen grunnet de kan erstatte fossile energikilder brukt til oppvarming.. Byggenæringen står for opp mot 40 % av det globale klimagassutslippet og utnyttelse av lavtempererte løsninger, som skaper energieffektive og klimavennlige bygg vil være en viktig del i prosessen for å senke klimagassutslippene. Isolve Air er en nyutviklet inneklimasentral med integrert ventilasjons –, varmepumpe– og energilagringsenhet, som baserer seg på det naturlige kuldemediet R744(CO2). Feltmålinger er blitt utført for å teste hvordan en integrert CO₂ – varmepumpe for romoppvarming og varmt tappevann kombinert med et vannbårent gulvvarmesystem, koblet i serie med baderomskursen, kan brukes i et helt nytt bolighus bygget etter TEK17. Fokuset var å analysere hvordan effektiviteten til en slik varmepumpe for romoppvarming var og hvordan den termiske komforten utviklet seg med denne type distribusjonssystem. Bakgrunnen for analysen var å undersøke hvorfor en slik inneklimasentral basert på kuldemediet CO₂ skal bli benyttet i bolighus sammenlignet med andre konvensjonelle luft til vann – varmepumpesystemer. På bakgrunn av resultatene vil varmepumpeenheten klare å oppnå høyere effektfaktor(COP) for romoppvarming enn konvensjonelle luft til vann – varmepumper og andre «state – of – the – art» CO₂ – varmepumper. COP – verdi for romoppvarming varierte fra 6,0 – 7,35 med respektive settpunkt satt til 27 – 30 ˚C turtemperatur og 19 – 22 ˚C romtemperatur målt over 24 t for hvert settpunkt. Varmesystemet leverer lave returtemperaturer slik den er designet for og sørger for god varmeutnyttelse rundt i distribusjonssystemet. Romtemperatursettpunkt oppnås kun ved de laveste settpunkttemperaturene (19 – 20 ˚C romtemperatur), mens turtemperaturen klarte aldri å oppnå sine settpunkt. Termisk komfort endres ikke i særlig stor grad ved endring av settpunkttemperatur og er tilfredsstilt i henhold til krav for termisk komfort. På tross av resultatene vil en videre analyse av enheten være nødvendig for å konkludere i henhold til anbefalt bruk sammenlignet med konvensjonelle varmepumper brukt i bolighus.
Supervisor(s): Moon K. KIM (OsloMet); Per Erik Holm (Isolve).
Acknowledgements: Isolve AS (P.E. Holm); OsloMet (Nils Ledermann).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772551

Summary: The current global pandemic situation demands to gain more knowledge and understanding about viral transmission in indoor environments. Thorough knowledge of breathing, talking, coughing, singing, and sneezing of human beings in connection with infection spread is quint essential for designing mitigation measures for indoor environments. The main objective of the study is to revisit the human cough instances in an elevator setup using advanced three-dimensional adaptive mesh refinement (AMR) based computational fluid dynamics multiphase flow solver. The present work makes use of the computationally effective AMR method to resolve unsteady complex flow physics involving heat and mass transfer in a turbulent multiphase flow. The Eulerian dispersion medium is considered as a multicomponent ideal gas mixture consisting of O₂, N₂ and H₂O and the Lagrangian dispersed phase of human cough is considered as pure liquid water. Simulations are performed to demonstrate the effectiveness of AMR based 3D simulations with varying AMR embedding scale. Evolution of different liquid phase size distributions has been studied by varying the number of liquid parcels. Finally, the effect of relative humidity is investigated for single cough instances. The results show about 35% evaporation for RH of 40% for 7.7 𝜇g liquid injection for cough instance including a droplet travel distance for nearly 1.6 m in the streamwise direction.
Norsk sammendrag: Den pågående globale pandemien krever at vi fordyper oss i kunnskap og forståelse knyttet til viral overførsel av smittsomme dråpepartikler i innendørs miljø. Grundig kunnskap om pusting, snakking, hoste, synge og nys av mennesker i forbindelse med infeksjonsspredning er viktig for å utforme tiltak og forebygge smitte innendørs. Formålet med studiet er å analysere forekomsten av menneskelig hoste i en heis ved hjelp av avansert tredimensjonalt AMR basert verktøy basert på CFD for flerfase strømning. Arbeidet bruker den beregningseffektive AMR-metoden for å løse en turbulent kompleks strømningsfysikk som involverer varme -og masseoverføring i en turbulent flerfasestrøm. Eulerian-despersonsmediet betraktes som en ideell gassblanding med flere komponenter bestående av O₂, N₂ og H₂O, og den Lagrangian-spredte fasen av menneskelig hoste betraktes som rent flytende vann. Simuleringer utføres for å demonstrere effektiviteten av AMR-baserte 3D-simuleringer med varierende AMR- skalering. Utviklingen av forskjellige væskefasestørrelsesfordelinger har blitt studert ved å variere antall væskepakker. Til slutt blir effekten av relativ fuktighet undersøkt for hoste. Resultatene viser om lag 35% fordampning for RH på 40% for 7,7 μg væskeinjeksjon for hoste, inkludert dråpespredning i nesten 1,6 meter i strømnings retning.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: Convergent Science GmbH, Austria (Suresh Kumar Nambully).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772566

Summary: This master assignment presents a method of calculating the required window area in order to achieve the desired average daylight in a room, with the purpose to find an equation for use in the early stages of building design. TEK17 requires an average daylight factor greater than, or equal to 2% for rooms with permanent residence. This is taken into account at a later stage than desired when engineering. Both time, costs and resources may be saved by taking these requirements into account earlier, leading to a more efficient project and process. Research shows that population in the west spends a lot of time inside. Due to this and to keep the circadian rhythm, natural light inside is highly important. If the circadian rhythm is well calibrated, the human biology will adapt to the faces of the day, which will influence food intake, blood pressure and body temperature, as well as sleep habits. Daylight includes 380 to 740 nm radiation. This is divided into three components; sky component, outside reflected component and inside reflected component. These factors complied is the basis of how we measure the daylight factor. Daylight factor is a way of statistically analyzing daylight where climate and location data is constant, whereas for dynamic analyze of daylight, the climate and location data will wary bared on time of year. In this thesis we have found a context between daylight factor inside a room and on a façade based on both outer and inner influences. There has been found a linear relationship between interior daylight factor, window area, light transmission, extern daylight factor and form factor for rooms. This relationship is tested for several different screening solutions in a sensitivity analysis. The result is a formula to make use of to calculate the necessary window area or necessary form factor for a room to achieve the desired average internal daylight factor. The formulas are used to simulate average daylight factor on the façade for a zone. Further the result is plotted into the formula for desired average intern daylight factor, light transmission in the glass and the window area or form factor for the room. With the window area included in the formula, a necessary form factor for the room will be given, whilst with the form factor for the room included in the formula, the necessary window area will be given. The formula is made based on results from several simulations. When the simulations were done, both form factor for zones, window area, light transmission in the windows and outer influences varied. The outer influences varied from completely unshielded to a case where larger parts of access to view and light were shielded. The formulas are tested for sones where form factor, window area, light transmission and screening varied. Discrepancies up to 24% for necessary window area and 5% for necessary form factor has been found when using the formula. By using the formulas one will find an indication of necessary form factor and window area in an earlier face, however further work is crucial to secure good results.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven tar for seg utarbeidelse av en metode for å beregne nødvendig vindusareal eller formfaktor for rom for å oppnå ønsket gjennomsnittlig dagslysfaktor. Formålet er å finne en formel som kan benyttes i tidligfase ved prosjektering av bygg. Mennesker som bor i vesten tilbringer mye tid inne. Undersøkelser har vist at opp til 90% av tiden tilbringes inne. Derfor er det viktig med god tilgang på naturlig dagslys inne. Forsking har vist at dagslys er viktig for å opprettholde den circadiske rytmen. Dagslys er en viktig del av å opprettholde en god døgnrytme, og når den circadiske rytmen er velkalibrert blir biologien vår tilpasset døgnets faser på en bedre måte. Dette vil påvirke matinntak, blodtrykk og kroppstemperatur, i tillegg til søvn. TEK17 stiller krav til at rom for varig opphold skal ha gjennomsnittlig dagslysfaktor større eller lik 2%. Dagslys kommer sent inn i prosjektering av bygg, og dette kan ha uheldige konsekvenser. Ved å kunne ta hensyn til dette kravet tidligere vil en øke effektiviseringen av arbeidet. Dette vil føre til sparte kostnader både med tanke på tid og ressurser. Dagslys omfatter stråling mellom 380 og 740 nm. Strålingen kategoriseres i tre komponenter: himmel komponent, utereflektert komponent og innereflektert komponent. Sammen utgjør dette grunnlaget for det vi kan måle som dagslysfaktor. Dagslysfaktor er en form for statisk analyse av dagslys, hvor klimadata er konstant ut fra lokasjon. Det finnes også dynamisk analyse for dagslys, da vil klimadata variere ut fra lokasjon og tid på døgnet. I denne oppgaven er det funnet en sammenheng mellom dagslysfaktor inne i et rom og på fasade, ved både ytre og indre påvirkninger. Det er funnet en lineær sammenheng mellom intern dagslysfaktor, vindusareal, lystransmisjon, ekstern dagslysfaktor og formfaktor for rom. Denne sammenhengen er testet for forskjellige skjermingstilfeller i en sensitivitetsanalyse. Resultatet er en formel som kan benyttes for å finne nødvendig vindusareal eller nødvendig formfaktor for rommet, for å oppnå ønsket gjennomsnittlig intern dagslysfaktor. Formlene brukes ved å simulere gjennomsnittlig dagslysfaktor på fasaden for sonen. Resultatet plottes deretter inn i formelen med verdier for ønsket gjennomsnittlig intern dagslysfaktor, lystransmisjon i glasset og vindusareal eller formfaktor for rommet. Ved vindusareal inkludert i formelen gir resultatet nødvendig formfaktor for rommet, og motsatt ved ønske om at formelen skal gi nødvendig vindusareal. Formelene er laget på grunnlag av resultater fra et flertall simuleringer. For simuleringene varierer både formfaktor for soner, vindusareal, lystransmisjon i vindusglass og ytre påvirkninger. De ytre påvirkningene varierer fra et case som er helt uskjermet, til et case som skjermer for store deler av utsikt og lystilgang for sonene. Formlene er testet opp mot soner med varierende formfaktor, vindusareal, lystransmisjon og skjerming. Det er funnet at avviket ved bruk av formelen er opp mot 24% for å finne nødvendig vindusareal og 5% for å finne nødvendig formfaktor. Bruk av formelene vil gi en indikasjon på nødvendig formfaktor og vindusareal i tidligfase, men krever videre arbeid for å gi mer pålitelige resultat.
Supervisor(s): Ida BRYN (OsloMet & Erichsen & Horgen), Arnkell J. PETERSEN (Erichsen & Horgen).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772524

Summary: Using solar collectors for heating domestic hot water is an established technology in Norway but combining the solar collectors with the boreholes of a ground source heat pump has not been tested much. In this master’s thesis, a thermodynamic analysis has been carried out on a geothermal heat pump in combination with a solar collector, using the computer program Engineering Equation Solver (EES). The system is designed to supply a residential building located in Oslo. The solar collectors are used for heating domestic hot water, as well as charging energy wells. The purpose of the charging is to keep the heat storage ground in thermal balance, so that the performance of the geothermal heat pump is not reduced over time. The thermodynamic analysis shows that the heat pump with refrigerant R717 has the highest COP of 4.3, while the heat pump with R290 has the lowest with 3.5. This is mainly due to the difference in the isentropic efficiency of the compressor. A higher evaporation temperature and lower condensation temperature will be favourable for all refrigerants. The evaporator area was close to equal for all refrigerants, while the condenser area is the least for the heat pump with R717. The ammonia heat pump has the lowest exergy destruction, and therefore also the highest exergy efficiency. The results show that the solar collector system of 110 m² can cover approximately 38 – 40% of the energy consumption from the ground, and 40% of energy consumption for heating domestic hot water. The performance of the solar collector system is strongly dependent on weather conditions. During periods of low outdoor temperature and little sun, energy production drops drastically. The thermal efficiency of the solar collector varies with the solar intensity, and the maximum thermal efficiency is calculated at 67%. The exergy destruction is large in the solar collector, mainly due to the high temperature difference between the absorber in the solar collector and the solar radiation. For the energy wells, the outlet temperature from the ground was calculated to be 279.4 K. The outlet temperature from the ground varies with the mass flow, the inlet temperature of the collector fluid to the ground, and the temperature in the ground. During periods when the solar collector system is used to charge energy wells, the inlet temperature, T11, was calculated to be approximately 286 K at dimensioning conditions. The temperature rise in heat exchanger HX1 depends on the performance of the solar collector system and is significantly reduced when the temperature on the hot side of the exchanger is reduced. The sensitivity analysis revealed which parameters are of great importance for the system performance. Condenser and evaporator temperature affect the COP of the heat pump, as well as the exergy efficiency of the compressor. At low condenser and high evaporator temperatures, performance is best. Another important parameter that is of great importance is the solar intensity. Heat dissipation from the solar collectors varies a lot with this, and at low solar intensities the thermal efficiency of the solar collector and the energy delivered will fall drastically. This in turn will affect domestic hot water heating and charging of energy wells.
Norsk sammendrag: Å benytte solfangere for oppvarming av tappevann er en etablert teknologi i Norge, men å kombinere solfangeranlegget med energibrønnene til en bergvarmepumpe er lite utprøvd. I denne masteroppgaven er det gjennomført en termodynamisk analyse på en bergvarmepumpe i kombinasjon med et solfangeranlegg, ved hjelp av dataprogrammet Engineering Equation Solver (EES). Anlegget er designet for å forsyne en boligblokk plassert i Oslo. Solfangeranlegget benyttes både til oppvarming av varmt tappevann, samt lading av energibrønner. Formålet med ladingen er å holde varmelageret i grunn i termisk balanse, slik at bergvarmepumpens ytelse ikke taper seg over tid. Den termodynamiske analysen viser at varmepumpen med kuldemediet R717 får høyest COP på 4,3, mens varmepumpen med R290 har lavest med 3,5. Dette skyldes hovedsakelig forskjellen i kompressorens isentropiske virkningsgrad. En høyere fordampingstemperatur og lavere kondenseringstemperatur vil være gunstig for alle kuldemediene. Fordamperarealet ble relativt likt for alle kuldemediene, mens kondensatorarealet er minst for varmepumpen med R717. Ammoniakk varmepumpen har lavest eksergiødeleggelse, og derfor også høyest eksergivirkningsgrad. Resultatene viser at et solfangeranlegg på 110 m² kan dekke ca. 38 – 40 % av energiuttaket fra grunn, samt ca. 40 % av energiforbruket for oppvarming av varmt tappevann. Solfangeranleggets ytelse er sterkt avhengig av værforhold. I perioder med lav utetemperatur og lite sol, faller energiavgivelsen drastisk. Solfangerens termiske virkningsgrad varierer med solintensiteten, og maksimal termisk virkningsgrad er beregnet til 67 %. Eksergiødeleggelsen er stor i solfangeren, hovedsakelig på grunn av høy temperaturdifferanse mellom absorberen i solfangeren og solstrålene. For energibrønnene ble utløpstemperaturen fra grunn beregnet til 279,4 K. Utløpstemperaturen fra grunn varierer med massestrømmen, kollektorvæskens innløpstemperatur til grunn, samt temperaturen i grunn. I perioder hvor solfangeranlegget benyttes til lading av energibrønner, ble innløpstemperaturen til grunn, T11 beregnet til ca. 286 K ved dimensjonerende forhold. Temperaturhevingen i varmeveksler HX1 avhenger av ytelsen fra solfangeranlegget, og reduseres vesentlig når temperaturen på varm side av veksleren reduseres. Sensitivitetsanalysen avdekket hvilke parametere som har stor betydning for anleggets ytelse. Kondensator- og fordampertemperatur påvirker varmepumpens COP, samt kompressorens eksergivirkningsgrad. Ved lave kondensator- og høye fordampertemperaturer er ytelsen best. En annen viktig parameter som er av stor betydning er solintensiteten. Varmeavgivelse fra solfangeranlegget varierer mye med denne, og ved lave solintensiteter faller solfangerens termiske virkningsgrad og energiavgivelsen drastisk. Dette vil igjen påvirke tappevannsoppvarming og lading av energibrønner.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Acknowledgements: Oslo Universitetssykehus.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/11250/2772466