Summary: Energy management system (EMS) in build are a practical tool for building and for operating person. It is a software for collecting, recording and systematizing energy data. As for troubleshooting functional check, allows operating person to read consumption after action has been taken, and thus can use it to verify by parties. To achieve this, it is important to have good Energy management system software with the right functionality. This study conducts a market research of Energy management software. This makes the study looking at structure of (EMS), contact with professionals who are proficient on EMS, interviews, case study and components and systems that link EMS. The study evaluates the functions of the EMS, which features are interesting and the extent to which operating personnel use the different functions. In conclusion, study has prepared a functional matrix table that is a very important part of the result and conclusion of the task. This study answers the findings of a market research study of EMS software. Based on the interviews and case study, it appears on the EMS tool in Norway that has defined the functionality EMS should contain. It works at the supplier has the same on what a operating personnel can achieve with all the different EMS features. But from the user side there is a lack of what the user wants to do with all those functionality. Author has concluded does not have specific objectives for using of EMS software perceives that EMS user considers necessary tools that should have it in today’s date. The study further finds that suppliers of the Build management system (BMS) system are not very specialists at EMS. But big building owners have separated EMS from the BMS. This is also because the EMS in the BMS system limitations on functions.
Norsk sammendrag: Energioppfølging system i bygg er et praktisk hjelpemiddel for byggeiere og driftspersonale. Det er et verktøy for innsamling, registering og systematisering av energidata. Som for feilsøking ved en funksjonskontroll gir EOS driftspersonalet mulighet for å lese av forbruk etter gjennomført tiltak, og kan dermed brukes for verifisering av besparelser. For å oppnå dette er det viktig med en god EOS programvare med riktig funksjonalitet. Denne studien gjennomfører en bred markedsundersøkelse av EOS programvarer. Dette gjør studien gjennom å se på oppbygning av EOS, kontakt med fagfolk som er dyktig på EOS, intervjuer, casestudie og komponenter og systemer som knytter EOS. Videre vurderer studie funksjonene i EOS, hvilken funksjonene som er interessant og hvor stor grad driftspersonale bruker de forskjellige funksjonene. Avslutningsvis har studie utarbeidet en funksjonsmatrise som er veldig viktig del av resultat og konklusjon for oppgaven. Denne studien gir svar på hvilken funnene som er kommet i en markedsundersøkelse av EOS programvare. Basert på intervjuene og casestudie viser det seg at EOS verktøyet i Norge har delvis definisjon om hvilken funksjonalitet EOS bør inneholde. Det virker at leverandør har bestemt på hva en driftspersonell kan oppnå med alle de forskjellig EOS funksjonene. Men sett fra bruker sin side er det mangel på hva bruker ønsker å gjøre med alle de funksjonene. En annen sak forfatter har konkludert med at bruker har ikke konkrete målsetninger for bruk av EOS programvare. Forfatter oppfatter heller som EOS bruker anser som nødvendig verktøy som bør ha det i dagens dato. Men statelig byggeier benytter EOS mer til å hente ut miljørapporter og til oppfølging. Studien finner videre ut at leverandører av SD-anlegget ikke er særlig spesialister på EOS. Store byggeier har adskilt EOS fra SD-anlegget. Detter er også fordi EOS i SD-anlegget gir begrensninger på funksjoner.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK (OsloMet).
Acknowledgements: NBMU (Trond Langseth); Statsbygg (Dag-Kjetil); Schneider Electrics (Cecilia Bringedal); Siemens Build Technology (Jonny Kongsgaard); EVR (Mikael Karlson); WSP (Raymond).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8996

Summary: Experience indicates that there is a great deal of over-dimensioning when planning central heating installations. Ventilation is a major contributor to maximum heating output in commercial buildings. In addition to climate, the maximum effect of ventilation is influenced to a large extent by air volumes, efficiency levels, supply air temperature and defrosting. The aim of the thesis is to indicate when and under what conditions there is a risk of frost, and defrosting should be taken into account when dimensioning central ventilation systems. The thesis will discuss the consequences of different defrosting solutions and recommend solutions to reduce power output on individual units. The possibility of measures to reduce simultaneous power output on multiple units in the same heating system will also be investigated. The thesis describes relevant theory. To solve the thesis, it is divided into four parts. The first part maps which solutions are available from the most commonly used system suppliers. The second part maps when frost protection occurs on real systems in operation, this is carried out by making measurements in units. The third part maps the frost risk for classrooms, offices and homes, this is done by performing simulations, both daily simulation and annual simulation. The fourth part compiles the results and gives recommendations. From the theory, it appears that for frost to occur in the exhaust, the following conditions must be met; the temperature in the exhaust must be lower than the dew point temperature so that condensation is precipitated, and the temperature in the exhaust must be below 0°C. When both conditions are met, frost can occur. Results from part one show that there are different solutions for frost protection from system suppliers. The simplest solutions are to regulate frost protection based on outdoor temperature, exhaust temperature or the pressure drop across the heat exchanger on the exhaust side. The advanced solutions are to regulate frost protection based on measurements of the temperature and moisture level in the exhaust. The results from the measurements show that there is no risk of frost in the units where the measurements were performed, during that period. The results from the simulation show that there is a different risk of frost for different types of buildings. The risk of frost depends on moisture load and air volumes. There is less risk of frost for offices and classrooms, while the risk of frost is large housing. The conclusion is that defrosting should be taken into account when dimensioning central heating installations, but the need for defrosting should be assessed for different buildings. Because the need for defrosting is not the same for different buildings. The choice of defrosting solution contributes to influencing energy use to a large extent. The choice of solution also contributes to influencing the size of heating installations. It is recommended that optimal defrosting solutions are used rather than normal solutions. This is because with optimal solutions the system defrosts only when needed, which is energy-saving. And individual need for defrosting can only be used as a dimensioning factor when the optimal frost protection solution is used.
Norsk sammendrag: Erfaring tilsier at det i stor grad overdimensjoneres når en planlegger sentrale varmeinstallasjoner. Ventilasjon utgjør en stor bidragsyter til maksimal varmeeffekt i yrkesbygg. Maksimaleffekten til ventilasjon påvirkes av i tillegg til klima i stor grad av luftmengder, virkningsgrader, tilluftstemperatur og avriming. Målet med oppgaven er å vise til når og under hvilket forhold det er fare for frost, og avriming bør hensyntas ved dimensjonerende forhold i sentrale ventilasjonsanlegg. Oppgaven skal drøfte konsekvensen av ulike avrimingsløsninger og anbefale løsninger for å redusere effektuttak på enkeltaggregat. Muligheten for tiltak for å redusere samtidig effektuttak ved flere aggregater i samme varmeanlegg skal også undersøkes. I oppgaven er relevant teori beskrevet. For å løse oppgaven er den delt i fire deler. Den første delen kartlegger hvilke løsninger som finnes hos de mest brukte systemleverandørene. Den andre delen kartlegger når frostsikring inntreffer på virkelige anlegg i drift, dette er utført ved å gjøre målinger i aggregater. Den tredje delen kartlegger frostrisiko for klasserom, kontor og bolig, dette er gjort ved å utføre simuleringer, både døgnsimulering og årssimulering. Den fjerde delen sammenstiller resultatene og gir anbefalinger. Ut fra teorien fremkommer det at for at frost skal inntreffe i avkast, så må følgende betingelser være oppfylt; temperatur i avkast må være lavere enn duggpunktstemperaturen slik at det blir utfelt kondens, og temperatur i avkast må være under 0°C. Når begge betingelsene er oppfylt, da kan det oppstå frost. Resultat fra del en viser at det det finnes ulike løsninger for frostsikring hos systemleverandørene. De enkleste løsningene går ut på å regulere frostsikringen basert på utetemperatur, avkasttemperatur eller trykkfallet over varmegjenvinneren på avtrekkssiden. De avanserte løsningen går ut på å regulere frostsikringen basert på målinger at temperatur og fuktnivå i avkast. Resultatet fra målinger viser at det ikke er frostrisiko i aggregatene der målingene er utført, i den perioden. Resultatet fra simuleringen viser at det er det er ulik frostrisiko for ulike typer bygg. Frostrisikoen er avhengig av fuktbelastning og luftmengder. Det er mindre frostfare for kontor og klasserom, mens frostfaren er stor bolig. Konklusjonen er at avriming bør hensyntas ved dimensjonering av sentrale varmeinstallasjoner, men behovet for avriming bør vurderes for ulike bygg. Fordi behovet for avriming er ikke likt for ulike bygg. Valg av avrimingsløsning bidrar til å påvirke energibruk i stor grad. Valg av løsning bidrar også til å påvirke størrelse på varmeinstallasjoner. Det anbefales at det brukes optimale avrimingsløsninger fremfor normale løsninger. Dette fordi med optimale løsninger avrimer systemet kun ved behov, det er energibesparende. Og individuelt behov for avriming kan kun brukes som dimensjonerende forhold når optimal frostsikringsløsning brukes.
Supervisor(s): Ida BRYN (OsloMet & Erichsen & Horgen).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8999

Summary: Energy certification of existing buildings will be needed in the time to come. Norway, together with other EU countries, has signed an agreement to reduce energy emissions from buildings. Not only does it help to build new energy-saving buildings, further measures must be taken here. Energy certification is a way forward for just that with energy savings. This task has devised a method to energize an existing building as quickly as possible. In this master’s thesis, a method has been used, which involves, among other things, using programs that have been trained in this course of study. To come up with a model of existing housing, 3D scanning has been performed with Topcon ScanMaster. Programs like Revit and IDA ICE have been used to see exactly this with energy simulations. The Master’s thesis has yielded surprisingly good findings. The results of the findings have been shown via drawings and simulations.
Norsk sammendrag: Energisertifisering av eksisterende bygg kommer til å bli nødvendig i tiden som kommer. Norge sammen med andre EU-land har skrevet under en avtale for å redusere energiutslipp fra bygninger. Det hjelper ikke bare med å bygge nye energibesparendebygg, her må det gjøres ytterligere tiltak. Energisertifisering er en vei videre for akkurat dette med energibesparelse. Denne oppgaven har tatt for seg en metode for å energisertifisere et eksisterende bygg på raskest mulig måte. I denne masteroppgaven har det blitt brukt en metode, som går ut på blant annet det å bruke programmer som har blitt gitt opplæring i dette studieløpet. For å komme fram til en modell av eksisterende bolig, har det blitt utført 3D-skanning med Topcon ScanMaster. Det har blitt brukt programmer som Revit og IDA ICE for å se akkurat dette med energisimuleringer. Masteroppgaven har gitt overaskende gode funn. Resultatene av funnene har blitt vist via tegninger og simuleringer.
Supervisor(s): Alex Gonzalez CACERES & Ernst Erik HEMPEL (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8997

Summary: When the phase change material (PCM) is exposed to a temperature change above its melting point, the material will absorb and store the heat in the form of latent heat in the material that changes phase. Using PCM in building structures will help to limit the temperature increase in buildings in the form of thermal energy storage. Gyproc Saint-Gobain, Sweden AB has developed a filler that contains encapsulated microparticles of PCM. By applying this PCM filler directly to interior wall and ceiling surfaces with a thin layer, one can expect to be able to reduce the maximum room temperature in the form of passive cooling. The purpose of this thesis was to investigate the properties and cooling performance of this PCM filler. The work tasks consisted mainly of laboratory experiments and numerical simulations. The laboratory experiment was carried out in a climate room located at OsloMet P35, with a floor area of ​​14.1m2 and a height of 2.4m. The purpose of the experiment was to find out how much temperature reduction can be achieved with this PCM filler. The climate room was supposed to represent a cellular office for a typical summer day in Oslo, assumed for two people. Ventilation, operating time, internal and external heat addition parameters have been based on this assumption. Thermal comfort parameters and surface temperatures have been measured in the climate room over six consecutive days, respectively with and without the PCM filler. By applying the PCM filler to the wall and ceiling surfaces with a thickness of 1.7-2.1mm, the operational temperature peak was reduced by 1.1°C, and the operational temperature during operation was reduced by 1.1-1.4°C. In addition, it was observed that the cooling effect of the PCM filler started immediately when the surface temperature reached the melting point at 20°C. After conducting a laboratory experiment, the measurements were used to validate a simulation model and PCM data. This model was then used to further investigate the cooling performance of the PCM filler. The validations showed good agreement with the measurements in the climate room, with CVRMSE index of 1.49% for the simulation model and 2.41% for the PCM data used in the simulation, which is well below the requirement of ASHRAE Guidelines 2017 [1] of 15%. The study was done by sensitivity analysis, with three main simulation scenarios dealing with the impact of cooling performance on PCM screed at a.) 1-4mm thickness of PCM screed, b.) Night ventilation and c.) Size of the lubrication surface. The numerical simulations were performed with Oslo climate data and the simulation tool IDA-ICE. The results of the analysis showed that:
a) With the PCM putty applied to the wall and ceiling surfaces with a thickness of 1mm, the operational temperature peak was reduced by 0.5°C, with 2mm it was reduced by 1.1°C, 3mm by 1.9°C and 4mm by 2.4°C. When the PCM putty was applied only to the ceiling surface, the operational temperature peak was reduced by 0.8°C for 3mm thick and 1°C for 4mm thick.
b) Supply air temperature and air flow have a large impact on the cooling of the PCM putty, which is necessary to prepare the PCM to absorb heat the next day.
c) With the same amount of PCM putty, the size of the spreading surface will have little impact on the cooling performance of the PCM. However, the thickness will play a larger role in reaching full saturation at a later time, leading to additional cooling effect.
Norsk sammendrag: Når faseendringsmaterialet (PCM) blir utsatt for temperaturendring over smeltepunktet, vil materialet absorbere og lagre varmen i form av latent varme i det materialet skifter fase. Ved å benytte PCM i bygningskonstruksjoner vil det bidra til å begrense temperaturøkning i bygninger i form av termisk energilagring. Gyproc Saint-Gobain, Sweden AB har utviklet en sparkel som inneholder innkapslede mikropartikler av PCM. Ved å smøre denne PCM-sparkelen direkte på innvendige vegg- og himlingsoverflater med et tynt lag, kan man forvente å kunne redusere den maksimal romtemperaturen i form av passivkjøling. Hensikten med denne oppgaven var å undersøke egenskapene og kjøleytelsen for denne PCM-sparkelen. Arbeids- oppgaver besto i hovedsak av laboratorieteksperiment og numeriske simuleringer. Laboratorieeksperimentet ble utført i et klimarom lokalisert på OsloMet P35, med gulvareal på 14,1m2 og høyde på 2,4m. Hensikten med eksperimentet var å finne ut hvor stor temperaturreduksjon som kan oppnås med denne PCM-sparkelen. Klimarommet skulle representere et cellekontor for en typisk sommerdag i Oslo, antatt for to personer. Ventilasjon, driftstid, intern- og ekstern-varmetilskudd parametere har vært basert på denne forutsetningen. Termisk komfortparametere og overflatetemperaturer har blitt målt i klimarommet over seks påfølgende dager, henholdsvis med og uten PCM-sparkelen. Ved å påføre PCM-sparkelen på vegg- og himlingoverflatene med tykkelse på 1,7-2,1mm, ble operativ temperaturtoppen redusert med 1,1°C, og operativ temperatur under driftstid redusert med 1,1-1,4°C. I tillegg ble det observert at kjølevirkingen av PCM-sparkelen startet øyeblikkelig da overflatetemperaturen nådde smeltepunktet ved 20°C. Etter gjennomført laboratorieeksperiment ble målingene brukt til å validere en simuleringsmodell og PCM-data. Denne modellen ble så brukt for å undersøke kjø- leytelsen til PCM-sparkelen ytterligere. Valideringene viste gode overensstemmelse med målingene i klimarommet, med CVRMSE-indeks på 1,49% for simuleringsmo- dellen og 2,41% for PCM-data brukt i simuleringen, som er godt under kravet for ASHRAE-retningslinjer 2017 [1] på 15%. Studien ble gjort ved sensitivitetanalyse, med tre hovedsimuleringsscenarier omhandlet innvirkningen av kjølingytelse på PCM-sparkel ved a.) 1-4mm tykkelse på PCM-sparkel, b.) Nattventilasjon og c.) Størrelse på smøreflate. De numeriske simuleringene ble utført med Oslo-klimadata og simuleringsverktøy IDA-ICE. Resultatene fra analysen viste at:
a) Med PCM-sparkelen påført på vegg- og himlingsoverflatene med tykkelse på 1mm, ble operativ temperaturtoppen redusert med 0,5°C, med 2mm ble den redusert med 1,1°C, 3mm med 1,9°C og 4mm med 2,4°C. Når PCM-sparkelen kun ble påført på himlingsoverflate, ble operativ temperaturtoppen redusert med 0,8°C for 3mm tykk og 1°C for 4mm tykk.
b) Tilluftstemperatur og luftmengde har stor innvirkning på avkjølingen av PCM-sparkelen, som er nødvendig for å forberede PCM til å absorbere varme dagen etter.
c) Med samme mengde PCM-sparkel, vil størrelsen på smøreoverflaten ha liten innvirkning på kjøleytelsen til PCM. Tykkelsen vil imidlertid spille en større rolle med hensyn på å nå fullstendig metning ved senere tidspunkt, som førte til ytterligere kjølevirking.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK, Habtamu Bayera MADESSA, Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Øystein Andersen); GyprocSaint-Gobain.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8989

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Research project: : VarmtVann2030.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Harald Taxt Walnum (SINTEF).
Acknowledgements: SINTEF Community.

Summary: This dissertation was to evaluate the contribution to the phase change material, so-called PCM, to reduce the temperature and the number of hours above 26 degrees Celsius. At the same time reduce the cooling requirement in an office building that meets the passive house requirement, NS3701 in Oslo with a use area of 3973 m² spread over three floors. It has also been considered whether the same concept used in Oslo can be used in Cape Town (South Africa), Los Angeles (USA) and Singapore (Singapore), when the conditions are the same. The software used is IDA-ICE (IDA-Indoor Climate and Energy) which is a simulation tool and GenOpt (Generic Optimization) which is an optimization tool. The thicknesses and melting point temperature of the PCM have been optimized. The optimization is only done in Oslo and for the remaining cities it is simulated. A total of 24 simulations have been run for Cape Town, Los Angeles and Singapore. In Oslo, 38 simulations and optimizations lasted from two to four days when PCM was installed (exterior wall, interior wall and ceiling). The simulation period in Oslo lasted from 01 May to 30 September 2020. After the optimization is completed, it turns out that the temperature is further reduced with higher thickness and negligible change to melting point temperature. For Cape Town, Los Angeles and Singapore, simulations have been done for one year. The PCMs used are Gyproc, Bio-Q25 and SP24E. After all simulations and optimizations, results were compared for the above cities. The results showed that all three PCMs worked throughout the year in Cape Town and Los Angeles, while in Singapore the temperature with Bio-Q25 is reduced somewhat better than the SP24E compared to the reference building. The results from the simulations in all cities and the optimizations for Oslo show that the phase change material reduces both the cooling demand and the temperature under different climatic locations.
Norsk sammendrag: Denne avhandlingen gikk ut på å vurdere bidraget til faseendringsmaterialet så kalt PCM for å få ned temperatur og antall timer over 26 grader celsius. Samtidig redusere kjølebehovet i et kontorbygg som tilfredsstiller passivhuskravet, NS3701 i Oslo med bruksareal på 3973 m² fordelt på tre etasjer. Det er også vurdert om samme konseptet som er benyttet i Oslo kan brukes i Cape Town (Sør-Afrika), Los Angeles (USA) og Singapore (Singapore), når forutsetningene er like. Programvarene som er benyttet er IDA-ICE (IDA-Indoor Climate and Energy) som er simuleringsverktøy og GenOpt (Generic Optimization) som er optimaliseringsverktøy. Det er optimalisert tykkelsene og smeltepunkttemperaturen til PCM. Optimaliseringen er gjort kun i Oslo og for de resterende byene er det simulert. Det er totalt kjørt 24 simuleringer for Cape Town, Los Angeles og Singapore. I Oslo var det 38 simuleringer og optimaliseringer som varte fra to til fire dager når det ble lagt PCM i (yttervegg, innervegg og himling). Simuleringsperioden i Oslo varte fra 01.mai til 30.september, 2020. Etter endt optimalisering viser det seg at temperaturen blir ytterligere redusert med høyere tykkelse og neglisjerbar endring til smeltepunkttemperatur. For Cape Town, Los Angeles og Singapore er det gjort simuleringer i ett år. PCM-ene som er benyttet er Gyproc, Bio-Q25 og SP24E. Etter alle simuleringer og optimaliseringer ble det sammenlignet resultater for de overnevnte byene. Resultatene viste at alle tre PCM fungerte hele året i Cape Town og Los Angeles, mens i Singapore reduseres temperaturen med Bio-Q25 i noen grad bedre enn SP24E sammenlignet med referansebygget. Resultatet fra simuleringene i alle byer og optimaliseringene for Oslo viser at faseendringsmaterialet reduserer både kjølebehovet og temperaturen under forskjellige klimatiske lokasjoner.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8995

Summary: The first part of the dissertation is concentrated around the reference building which has passive house requirements according to. NS3700. PCMs are used to see what gives the best results. The goal is to optimize what is best according to which case gives the fewest possible hours over 26 ℃. The second part provides a more in-depth study of how PCM can be most suitable, including seeing where in the home it is most appropriate to have PCM, in which zone the materials give the best results (floor, walls and / or roof) and which material reduces cooling needs most in a passive house in Oslo. The third part shows results from surveys by placing the reference building in different cities worldwide (Los Angeles, Cape Town and Singapore) to see if these areas will make PCM work with the same conditions as in Oslo. The PCMs used are Gyproc, Bio-Q25 and RT24. What seems most suitable for temperature reduction is RT24 in all cities. This is due to the temperature fluctuations of the reference building which are between 20-26 ℃. In Oslo, the location of the materials is best suited on walls and on the second floor of the south facade, due to more amount of solar radiation directly from windows. If the north facade is to be used, Gyproc should be placed on the ceiling on the second floor. The cooling requirement is reduced most by the use of Q25 on walls, walls and ceilings. For separate roofs, RT24 responds better, but it is fairly even for both materials to reduce the need for cooling. In Oslo, the materials are suitable for use during the summer months from May to September, however, the same solution in Los Angeles and Cape Town is suitable for longer periods during the year. Thickness and temperatures are optimized in Oslo, to achieve better utilization of the material. At the same starting point as in Oslo, PCM in Singapore does not help. Optimized window opening and sunshade angles are possible solutions in Singapore. For the final result of Singapore, changes have been made to setpoint temperatures, supply air temperature, sunshade angle and removed window ventilation due to. equatorial climate.
Norsk sammendrag: Avhandlingens første hoveddel er konsentrert rundt referansebygget som har passivhuskrav iht. NS3700. PCMer anvendes for å se hva som gir best resultat. Målet er optimalisering av hva som er best i henhold til hvilket tilfelle som gir færrest mulig timer over 26 ℃. Andre del gir grundigere studier av hvordan PCM kan være mest egnet, blant annet med å se hvor i boligen det er mest hensiktsmessig å ha PCM, i hvilken sone materialene gir best resultat (etasje, vegger og/eller tak) og hvilket material som reduserer kjølebehovet mest i et passivhus i Oslo. Tredje del viser resultater fra undersøkelser ved å plassere referansebygget i forskjellige byer på verdensbasis (Los Angeles, Cape Town og Singapore) for å se om disse områdene vil få PCM til å virke med tilsvarende forutsetninger som i Oslo. PCMene som er benyttet er Gyproc, Bio-Q25 og RT24. Det som fremstiller seg mest egnet for reduksjon av temperaturer er RT24 i alle byer. Dette på grunn av temperatursvingningene til referansebygget som er mellom 20-26 ℃. I Oslo er materialenes plassering best egnet på vegger og i andre etasje på sørfasaden, på grunn av mer mengde solstråling direkte fra vinduer. Dersom nord-fasaden skal benyttes bør Gyproc plasseres i taket i andre etasje. Kjølebehovet blir mest redusert prosentvis ved bruken av Q25 på vegger, vegger og tak. For separat tak reagerer RT24 bedre, men det er temmelig jevnt for begge materialene for reduksjon av kjølebehovet. I Oslo er materialene egnet for bruk i løpet av sommermånedene fra mai til september, derimot er samme løsning i Los Angeles og Cape Town egnet for lengre perioder i løpet av året. Det er optimalisert tykkelse og temperaturer i Oslo, for å oppnå bedre utnyttelse av materialet. Ved samme utgangspunkt som i Oslo hjelper ikke PCM i Singapore. Det er optimalisert vindusåpning og solavskjermingsvinkler som mulige løsninger i Singapore. For endelig resultat av Singapore er det gjort endringer av settpunktstemperaturer, temperatur på tilluft, solavskjermingsvinkel og fjernet vinduslufting pga. ekvatorklima.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8994

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Research project: : VarmtVann2030.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Harald Taxt Walnum (SINTEF).
Acknowledgements: SINTEF Community; KWR Watercycle Research Institute (Mirjam Blokker).

Summary: The growing interest in the use of geothermal heat for space heating and cooling has created the necessity of proper calculation tools to optimize ground resources. This is especially the case for borehole heat exchangers coupled to heat pumps, as they are able to reduce electricity consumption significantly, but are often found difficult to describe accurately. As “rules of thumb” and low-order methods have restricted accuracy, there is a gap between market needs and availability of user-friendly software. In this thesis, a numerical software is developed in the Matlab environment, able to perform accurate calculations of fluid temperatures in a borehole heat exchanger. The model is based on direct use of the governing equations of conduction-convection and solves them by means of finite difference discretizations. The program is an open-source code, meant to be integrated into arbitrary building energy simulation programs. Benchmarking results and a parametric study are used to verify model accuracy. A further investigation into new analytical solutions for borehole temperatures using transform techniques is also performed, giving explicit expressions for fluid and grout temperatures.
Norsk sammendrag: Den økende interessen for bruk av geotermisk varme til romoppvarming og -kjøling har skapt behovet for riktige beregningsverktøy for å optimalisere grunnressursene. Dette gjelder spesielt for borehullsvarmevekslere koblet til varmepumper, ettersom de kan redusere strømforbruket betydelig, men ofte er vanskelige å beskrive nøyaktig. Ettersom “tommelfingerregler” og lavordensmetoder har begrenset nøyaktighet, er det et gap mellom markedsbehov og tilgjengeligheten av brukervennlig programvare. I denne oppgaven utvikles en numerisk programvare i Matlab-miljøet, som er i stand til å utføre nøyaktige beregninger av væsketemperaturer i en borehullsvarmeveksler. Modellen er basert på direkte bruk av de styrende ligningene for konduksjon-konveksjon og løser dem ved hjelp av endelige differansediskretiseringer. Programmet er en åpen kildekode, ment å integreres i vilkårlige bygningsenergisimuleringsprogrammer. Benchmarking-resultater og en parametrisk studie brukes til å verifisere modellens nøyaktighet. En videre undersøkelse av nye analytiske løsninger for borehullstemperaturer ved bruk av transformasjonsteknikker utføres også, noe som gir eksplisitte uttrykk for væske- og fugemassetemperaturer.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Habtamu Madessa, Peter G. Schild).

Summary: This thesis reviews the possibility of creating an add-in for Revit by the use of the Revit API to analyze a heating plant P&ID. The programming language used to create the add-in is C#. The add-in contains methods for dynamically calculations of COP and power output in accordance with SN-NSPEK 3031:2020 appendix K. The add-in is calculating and automatically setting the needed insulation thickness and inner diameter for the pipes in the system. The results show that C# is a robust programming language to create an add-in for Revit, with few restrictions. The add-in created in this thesis makes it is possible to analyze a heating P&ID and investigate optimal combinations of regulation and temperatures for the system.
Norsk sammendrag: Denne oppgaven gjennomgår muligheten for å lage et tillegg for Revit ved bruk av Revit API for å analysere en P&ID for et varmeanlegg. Programmeringsspråket som brukes til å lage tillegget er C#. Tillegget inneholder metoder for dynamisk beregning av COP og effekt i samsvar med SN-NSPEK 3031:2020 tillegg K. Tillegget beregner og stiller automatisk inn nødvendig isolasjonstykkelse og indre diameter for rørene i systemet. Resultatene viser at C# er et robust programmeringsspråk for å lage et tillegg for Revit, med få begrensninger. Tillegget som er laget i denne oppgaven gjør det mulig å analysere en P&ID for varmeanlegg og undersøke optimale kombinasjoner av regulering og temperaturer for systemet.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8991

Summary: This study set out to investigate how a novel spackle material enhanced with microencapsulated PCM could improve thermal behaviour and cooling energy performance in office buildings in Oslo during the summer season. This was analyzed both experimentally and with numerical simulations. The studied application of the material was in the range of 2 – 4 mm on walls and ceiling surfaces in office cubicles. The results showed that although being applied only in thin layers it gave a signifcant boost to the thermal inertia of the environment, slowing down and reducing the indoor temperature development throughout the hot period of the day. This leads to better thermal comfort of the occupants by reducing the operative temperature, and also benefits the cooling load and energy consumption needed to maintain thermal comfort requirements. In the experiment, the PCM spackle was applied at 2 mm in an emulated office cubicle. A peak air temperature reduction of 1:1 K, and a maximum reduction of 1:3 K occurring early afternoon was observed. It was observed that melting of the PCM started at surface temperatures of approx 19:5°C and had a peak performance between 23.5-24.5 °C. The numerical model was validated with CVRMSE = 1:12%. An office building with multiple single celled cubicles was simulated to analyze the PCM spackle in a larger scale environment and dynamic climate conditions. A natural and a hybrid night ventilation strategy was designed and optimized for energy savings potential. The PCM spackle at 2 mm and 4 mm application in each cubicle could contribute to 14% and 21% additional energy savings for local cooling, respectively. These numbers were in addition to the very effective night ventilation strategies which boosted the total energy savings to 25-95% at air flow rates during night ventilation of 0:5-5 ACH. However, going beyond 3 ACH gave diminishing returns in energy savings and it was determined to be the optimal air flow rate. Considering the total change in delivered energy to the building, it was found that energy savings started to decrease from 3 ACH and on wards for the hybrid night ventilation due to increasing energy consumption by fans. Moreover, the PCM spackle could also cause for a 1:1-1:9K reduction in the operative temperature, and 1 hour delay of the peak temperature in comparison to the night ventilation alone. This effect showed potential for the PCM spackle to signifcantly reduce the cooling power load needed to maintain thermal comfort criteria. Furthermore, by investigating the solidifcation on a monthly average ratio it was found the PCM spackle spent approximately the same amount of time solidifed at 2 mm and 4 mm, indicating that reaching solidifcation was not an issue at double the amount. Overall, this study found that both PCM technology and night ventilation strategies can contribute signifcantly to lessen the cooling demand for buildings with office cubicles environments in Norway.
Norsk sammendrag: Denne studien hadde som mål å undersøke hvordan et nytt sparkelmateriale forbedret med mikroinnkapslet PCM kunne forbedre termisk oppførsel og kjøleenergiytelse i kontorbygg i Oslo i sommersesongen. Dette ble analysert både eksperimentelt og med numeriske simuleringer. Den studerte påføringen av materialet var i området 2–4 mm på vegger og takflater i kontoravlukker. Resultatene viste at selv om det kun ble påført i tynne lag, ga det en betydelig økning i den termiske tregheten i miljøet, og bremset og reduserte innetemperaturutviklingen gjennom den varme perioden på dagen. Dette fører til bedre termisk komfort for beboerne ved å redusere driftstemperaturen, og forbedrer også kjølebelastningen og energiforbruket som trengs for å opprettholde kravene til termisk komfort. I eksperimentet ble PCM-sparkelen påført i en 2 mm tykkelse i en emulert kontoravlukke. En reduksjon av maksimal lufttemperatur på 1:1 K og en maksimal reduksjon på 1:3 K tidlig på ettermiddagen ble observert. Det ble observert at smelting av PCM startet ved overflatetemperaturer på ca. 19,5 °C og hadde en toppytelse mellom 23,5–24,5 °C. Den numeriske modellen ble validert med CVRMSE = 1:12 %. En kontorbygning med flere encellede avlukker ble simulert for å analysere PCM-sparkling i et større miljø og dynamiske klimaforhold. En naturlig og en hybrid nattventilasjonsstrategi ble designet og optimalisert for energibesparelsespotensial. PCM-sparkling ved 2 mm og 4 mm påføring i hver avlukke kunne bidra til henholdsvis 14 % og 21 % ytterligere energibesparelser for lokal kjøling. Disse tallene kom i tillegg til de svært effektive nattventilasjonsstrategiene som økte den totale energibesparelsen til 25–95 % ved luftstrømningshastigheter under nattventilasjon på 0:5–5 luftstrømninger per minutt (ACH). Imidlertid ga det å gå utover 3 luftstrømninger per minutt avtagende avkastning i energibesparelser, og det ble bestemt til å være den optimale luftstrømningshastigheten. Med tanke på den totale endringen i levert energi til bygningen, ble det funnet at energibesparelsene begynte å avta fra 3 luftstrømninger per minutt og utover for hybrid nattventilasjon på grunn av økende energiforbruk fra vifter. PCM-sparkelen kan dessuten forårsake en reduksjon i driftstemperaturen på 1:1–1:9K, og en forsinkelse på 1 time av topptemperaturen sammenlignet med nattventilasjon alene. Denne effekten viste potensial for at PCM-sparkelen kan redusere kjøleeffektbelastningen som trengs for å opprettholde termiske komfortkriterier betydelig. Ved å undersøke størkningen i et månedlig gjennomsnittsforhold ble det videre funnet at PCM-sparkelen brukte omtrent samme tid på å størkne ved 2 mm og 4 mm, noe som indikerer at det ikke var et problem å oppnå størkning ved dobbel mengde. Samlet sett fant denne studien at både PCM-teknologi og nattventilasjonsstrategier kan bidra betydelig til å redusere kjølebehovet for bygninger med kontoravlukker i Norge.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK, Habtamu Bayera MADESSA, Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Øystein Andersen); GyprocSaint-Gobain.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8988

Summary: Using interviews, calculations and simulations, this thesis assessed whether heating calculations at room level is sufficient in new buildings. Comparative methods for power dimensioning at room level have been compared for both stationary and dynamic calculations. It has been investigated to what extent ventilation, the window’s U-value, thermal mass, climate data and calculation program influence the room’s design power requirements. The interview result indicates that several methods are used to estimate the power requirements for space heating. In most cases, the calculation is made stationary. Dynamic calculations are used to compare the stationary power demand with dynamic simulation, or the dynamic simulations are used only to investigate thermal indoor climate in the room. The crucial difference between stationary and dynamic computation is that dynamic computation takes into account variations in heat additions inside the room and varying outdoor temperatures and solar radiation. In this paper, it has been shown that rooms can become under-dimensioned when heat additions from ventilation and room heating are varied. The study has also shown that thermal mass plays a crucial role in the user’s ability to regulate setpoint temperature in the room. It takes a long time to reach the desired room temperature in rooms with high thermal mass. In addition to time constant for temperature increase, high thermal mass can be advantageous and energy saving. During periods where outdoor temperature drops over a short period of time, the thermal mass maintains the room temperature by its storage capacity and conductivity, so that heat effect is stored in the structure. This makes power supply in the room sufficient under these conditions. Interaction between heating systems, ventilation systems, outdoor climate and building materials is crucial in order to be able to estimate the correct power demand for room heating. New and energy-saving technical plants are more complex and need-driven in today’s construction industry than they were before. Stationary calculation of power requirements is therefore deficient precisely because it is stationary. By using dynamic calculation methods, it is possible to predict the expected power requirements under the right conditions for the regulation of ventilation and heating systems, climate and the building’s thermal properties.
Norsk sammendrag: Ved hjelp av intervjuer, beregninger og simuleringer har denne oppgaven vurdert om underdimensjonering på romnivå kan forekomme i nye bygg. Det er sammenlignet beregningsmetoder for effektdimensjonering på romnivå for både stasjonære og dynamiske beregninger. Det er undersøkt til hvor stor grad ventilasjon, vinduets U-verdi, termisk masse, klimadata og beregningsprogram påvirker rommets dimensjonerende effektbehov. Intervjuresultatet tilsier at det benyttes flere metoder for å estimere effektbehov til romoppvarming. I de fleste tilfeller gjøres beregningen stasjonært. Det anvendes dynamiske bereginger for å sammenligne det stasjonære effektbehovet med dynamisk eller så benyttes simuleringsverktøy kun for å undersøke termisk inneklima i rommet. Den avgjørende forskjellen mellom stasjonær og dynamisk beregning er at dynamisk beregning tar hensyn til variasjoner i varmetilskudd inne i rommet og varierende utetemperaturer og solinnskudd. I denne oppgaven er det vist at rom kan bli underdimensjonert når varmestilskudd fra ventilasjon og romoppvarming varieres. Undersøkelsen har også vist at termisk masse spiller en avgjørende rolle når bruker skal kunne regulerer settpunkttemperatur i rommet. Det tar lang tid å nå ønsket romtemperatur i rom med høy termisk masse. Forutenom tidskonstant for temperaturøkning, kan høy termisk masse være fordelaktig og energisparende. I perioder hvor utetemperatur synker over kort tid, ivaretar den termiske massen romtemperaturen ved at dens lagringsevne og treghet gjør at varmeeffekt lagres i konstruksjonen. Dette gjør av effekttilførsel i rommet er tilstrekkelig under disse forutsetningene. Samspill mellom varmeanlegg, ventilasjonsanlegg, uteklima og bygningsmaterialer er avgjørende for å kunne estimere et riktig effektbehov til romoppvarming. Nye og energisparende tekniske anlegg, er mer komplekst og behovstyrt i dagens byggebransje enn de var tidligere. Stasjonær beregning av effektbehov er derfor mangelfull nettopp fordi den er stasjonær. Ved å benytte dynamiske beregningsmetoder vil man kunne forutsi forventet effektbehov ved riktige forutsetninger for regulering av ventilasjon-og varmeanlegg, klima og bygningens termiske egenskaper.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Peter Schild); Structor Tekniske Systemer (Torbjørn Stensrud).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8980

Summary: In this report, the ring duct at Gjennestad High School was used for measurements and simulations. The task was given by GK due to a lack of documentation for ring ducts in ventilation. A literature study, pressure measurements, obtaining values ​​from the SD system and simulations were carried out. The purpose of the report is to document the function and dimensioning of the ring duct in ventilation with Gjennestad High School as a case building. In the literature study, general information was collected about ventilation, studies that dealt with ring ducts in ventilation, current pressure drop and sound calculations for ring ducts and finally other disciplines that use ring duct solutions. The case building was used for pressure measurements for short-term and long-term periods. In the short-term measurements, the ventilation system was forced to different load scenarios, while long-term measurements were measured under normal use. It alternates between open and closed dampers at the end of the duct to simulate a ring duct and two-branch traditional ventilation. The remaining data for supply air temperature, air flow, fan power and pressure for both the unit, the pressure regulator dampers and the valves were obtained directly from the SD system. Control measurements of pressure and supply air temperature were also made in relation to the SD system. In addition, quality assurance of the data from the SD system was carried out. Several suitable simulation programs were considered before the choice ended with PFS. Both traditional and ring ducting have been simulated. The ventilation system is simulated with the same load scenarios as for the short-term measurements. The result is compared with the pressure measurements and air velocity calculations. It was also simulated with the original dimension and an increase in duct dimension. This is to investigate the influence of a higher duct dimension and the difference between traditional and ring ducting. The result of the control measurements and quality assurance showed that the supply air temperature, pressure and total air flow match the SD system. The pressure measurements from the valves and the PFS simulation were correspondingly similar. On the other hand, the pressure measurements from the instrument had been affected by measurement errors. The air velocity also matched the simulation except for load 3. The fan effect for the short-term measurements showed that the ring duct is lower than the traditional solution. There is reason to believe that the difference is due to unbalanced load, such as load 3. In contrast, the fan effect was approximately the same for the long-term measurements. This is because the pressure difference between the ends of the duct is balanced or that other parts of the building have influenced. The maximum pressure difference shows a significantly lower pressure for the ring duct at air volumes above 400 L/s. This means that the fan effect would have been lower if the fan effect was only measured for the ring duct. The result of the PFS simulation shows that the air volume is distributed more evenly when using a ring duct. The pressure drop for the ring duct will also be lower. By increasing the duct dimension in the simulation, you get a smaller difference between the ring duct and the traditional one for air velocity, pressure drop gradient and pressure. Load 3, on the other hand, shows larger differences for the ring duct and the traditional one. The conclusion is that the ring duct at Gjennestad Upper Secondary School reduces pressure, air velocity and fan effect. There is also a greater difference in the ring line if the system is operated under unbalanced loads. However, the difference is not large enough and therefore the general dimensioning criteria for traditional ventilation systems are retained.
Norsk sammendrag: I denne rapporten ble ringledningen på Gjennestad videregående skole brukt for målinger og simuleringer. Oppgaven ble gitt av GK på grunn av mangel på dokumentasjon for ringledninger i ventilasjon. Det ble utført litteraturstudie, trykkmålinger, innhenting av verdier fra SD-anlegget og simuleringer. Hensikten med rapporten er å dokumentere funksjonen og dimensjonering av ringledning i ventilasjon med Gjennestad videregående skole som casebygg. I litteraturstudiet ble det samlet inn generell informasjon om ventilasjon, studier som omhandlet ringledning i ventilasjon, nåværende trykkfall- og lydberegning for ringledninger og tilslutt andre fagområder som bruker ringledningsløsning. Casebygget ble brukt for trykkmålinger for korttids- og langtidsperiode. I korttidsmålingene ble ventilasjonsanlegget tvangsstyrt til ulike belastningsscenarioer, mens langtidsmålinger ble målt under normalbruk. Det veksles mellom åpent og lukket spjeld i enden av kanalen for å simulere ringledning og to-grenet tradisjonell ventilasjon. Resterende dataer for tilluftstemperatur, luftmengde, vifteeffekt og trykk for både aggregat, trykkregulatorspjeldene og ventilene ble hentet direkte fra SD-anlegget. Det ble også foretatt kontrollmålinger av trykk og tilluftstemperatur i forhold til SD-anlegget. I tillegg ble det utført kvalitetssikring av dataene fra SD-anlegget. Flere egnede simuleringsprogrammer ble vurdert før valget endte med PFS. Det er simulert både for tradisjonell og ringledning. Ventilasjonsanlegget simuleres med de samme belastningsscenarioene som for korttidsmålingene. Resultatet sammenlignes med trykkmålingene og lufthastighet beregningene. Det ble også simulert med originaldimensjon og økning av kanaldimensjon. Dette er for å undersøke påvirkningen av høyere kanaldimensjon og forskjellen mellom tradisjonell og ringledning. Resultatet av kontrollmålingene og kvalitetssikringen viste at tilluftstemperatur, trykk og total luftmengde stemmer med SD-anlegget. Trykkmålingene fra ventilene og PFS simuleringen var tilsvarende like. Derimot hadde trykkmålingene fra instrumentet blitt påvirket av målefeil. Lufthastigheten stemte også overens med simuleringen utenom belastning 3. Vifteeffekt for korttidsmålingene viste at ringledningen er lavere enn tradisjonell løsning. Det er grunn til å tro at forskjellen er på grunn av ubalansert belastning, slik som belastning 3. Derimot var vifteeffekten tilnærmet like for langtidsmålingene. Dette skyldes at trykkdifferansen mellom enden av kanalen er balansert eller at andre deler av bygget har påvirket. Den maksimale trykkdifferansen viser betydelig lavere trykk for ringledningen ved luftmengder over 400 L/s. Dette betyr at vifteeffekten skulle vært lavere, dersom vifteeffekten kun målte for ringledningen. Resultatet av PFS simuleringen viser at luftmengden fordeles jevnere ved bruk av ringledning. Trykkfallet for ringledningen vil også være lavere. Ved å øke kanaldimensjonen i simuleringen får man mindre forskjell mellom ringledning og tradisjonell for lufthastighet, trykktapsgradient og trykk. Belastning 3 viser derimot større forskjeller for ringledningen og tradisjonell. Konklusjonen er at ringledningen på Gjennestad videregående skole reduserer trykk, lufthastighet og vifteeffekt. Det er også større forskjell på ringledningen dersom systemet driftes i ubalanserte belastninger. Forskjellen er derimot ikke stor nok og derfor beholdes de generelle dimensjoneringskriteriene for tradisjonelle ventilasjonsanlegg.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Mads MYSEN (GK).
Acknowledgements: GK; Gjennestad Videregående skole (Geir Fossnes).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8992

Summary: Energy ambitious neighborhoods could benefit stakeholders and entrepreneurs by providing better energy efficiency and new ways to analyze energy -demand and -use compared to single building. This thesis presents a review on the status of energy ambitious neighborhoods. A detailed overview of relatively new research on energy ambitious neighborhoods and neighborhood-scale technology and applications is provided. Papers were collected from ScienceDirect and Google Scholar databases. Through an elimination process of reading titles, keywords and abstracts, the number of papers were reduced from 805 to 66. Most of the reviewed articles (88%) are published in 2016 or later and 38% are from 2019 or newer. Studies from Belgium, Netherlands, Spain, Canary Islands, Canada, Italy, Norway, Finland and Turkey support the feasibility of zero energy neighborhoods which imply that zero energy is feasible for Nordic, temperate and Mediterranean climate. The focus of the papers reviewed in the thesis has been on typology, density, simulation and support tools and case studies. Typology and built density are unique in analyzing neighborhoods and larger scale built environments and implementing the factors in designing and planning of neighborhoods could reduce energy use. New simulation and support tools for neighborhoods are under development, with focus on geometric parameters and faster simulation time. Areas where there is a lack of research is CHP-systems, façade technology and materials and wind power. For future research it is suggested a focus on faster, more accessible simulation software on a neighborhood-scale which would be of benefit to stakeholders and entrepreneurs. Other suggested future work includes economic analysis of CHP systems.
Norsk sammendrag: Energiambisiøse nabolag kan være til fordel for interessenter og gründere ved å tilby bedre energieffektivitet og nye måter å analysere energibehov og -bruk på sammenlignet med enkeltbygg. Denne avhandlingen presenterer en gjennomgang av statusen til energiambisiøse nabolag. En detaljert oversikt over relativt ny forskning på energiambisiøse nabolag og teknologi og applikasjoner i nabolagsskala er gitt. Artiklene ble samlet inn fra ScienceDirect- og Google Scholar-databasene. Gjennom en elimineringsprosess med lesing av titler, nøkkelord og sammendrag ble antallet artikler redusert fra 805 til 66. De fleste av de gjennomgåtte artiklene (88 %) er publisert i 2016 eller senere, og 38 % er fra 2019 eller nyere. Studier fra Belgia, Nederland, Spania, Kanariøyene, Canada, Italia, Norge, Finland og Tyrkia støtter muligheten for nullenerginabolag, noe som innebærer at nullenergi er gjennomførbart for nordisk, temperert og middelhavsklima. Fokuset i artiklene som er gjennomgått i avhandlingen har vært på typologi, tetthet, simulering og støtteverktøy og casestudier. Typologi og bebygd tetthet er unike når det gjelder å analysere nabolag og større bygde miljøer, og implementering av disse faktorene i design og planlegging av nabolag kan redusere energiforbruket. Nye simulerings- og støtteverktøy for nabolag er under utvikling, med fokus på geometriske parametere og raskere simuleringstid. Områder der det mangler forskning er kraftvarmeanlegg, fasadeteknologi og -materialer og vindkraft. For fremtidig forskning foreslås det et fokus på raskere og mer tilgjengelig simuleringsprogramvare på nabolagsnivå, noe som vil være til fordel for interessenter og gründere. Annet foreslått fremtidig arbeid inkluderer økonomisk analyse av kraftvarmeanlegg.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).

Summary: This master’s thesis consists of two parts, with two separat main objectives. The first part is a comparison of refrigerant aproximation models. The objective for this part is to develop an excplicit modell for aproximating refrigerant properties at the saturationline in the Ts-diagram, which also is suited for implementation in energy simulation software. The second part can is conidered to be the main part, and consist of developent and verification of dynamic heat pump models. The main objective of the second part is to improve the precision of the dynamic heat pump model, Gordon-Ng-Schild, used in the energy simulation software, TEK-sjekk. The thesis is based on a previous master’s thesis [14], and presents comparison of the original Gordon-Ng-Schild model, as well as modified models and an interpolation -model for approximation of COP, used in SN-NSPEK:3031:2020. In this thesis the verification of the dynamic heat pumpmodels is limited to nominal conditions. Verification of the original uiversal Gordon-Ng-Schild model, results in an average RMS -deviation of 1,78 % for air/air -heat pumps, 4,30% for air/water -heat pumps, and 4,03% for water/water -heat pumps. Verification of the modified Gordon-Ng-Schild model developed in this thesis, results in an average RMS -deviation of 1,43 % for air/air -heat pumps, 3,26% for air/water heat pumps, and 0,61% for water/ water -heat pumps. This satisfies demands given in NS-EN 14511-3:2013. If average RMS -deviation is accepted, both Gordon-Ng-Schild models satisfy requirements given in NS-EN 14511-3, which states that calculatet heat capasity should be within §5% of measured heat capasity. For the modifiedmodel, only one heat pump exceeds the requirement of §5%. The thesis presents following essential conclutions. The original as well as the modified Gordon-Ng-Schild model has sufficient precision at nominal conditions, which satisfies requirements regarding heatcapacity, stated in NS-EN 14511-3:2013. There has not been observed particularly high biases for the two Gordon-Ng-Schild models, whitch indicates that bias observed in [14] probably is caused by poor quality data, and not the Gordon-Ng-Schild model itself. Results from verification of the modified Gordon-Ng-Schild variant, 3, indicates that the the precision of the original Gordon-Ng-Schild model can be further improved by takining into consideration that the entropy production in the heat pump cycle is variable. The Gordon-Ng-Schild models has only been tested at nominal conditions in this thesis. Since heat pumps operate at part-load most of the time, it is important to test the model further to make sure the precition is sufficient for all loading conditions.
Norsk sammendrag: I denne oppgaven beskrives arbeid med å videreutvikle den dynamiske varmepumpemodellen, Gordon-Ng-Schild, i forsøk på å forbedre beregningspresisjonen til modellen. Oppgaven er en videreføring av arbeid beskrevet i en tidligere masteroppgave, utarbeidet av Bastian Devold [14]. Arbeidet omfatter utvikling og validering av en universell varmepumpemodell, Gordon-Ng-Schild, for beregning av COP. Devold dokumenterte i sitt arbeid at den universelle varmepumpemodellen har svært god presisjon for luft/luft -varmepumper, akseptabel presisjon for luft/vann – varmepumper og svak presisjon for væske/vann -varmepumper. Han observerte også en trend i beregningsresultatene for luft/vann og væske/vann -varmepumpene, som ble antatt å indikere systematiske feil forårsaket av modellen. I dag er Gordon-Ng-Schild modellen implementert i energisimuleringsprogrammet, TEK-sjekk for luft/luft og luft/vann -varmepumper. Som en konsekvens av resultater dokumentert i [14], har TEKsjekk ikke en dynamisk varmepumpemodell for væske/vann -varmepumper. I denne oppgaven er potensielle årsaker til modellens svake beregningspresisjon for luft/vann og væske/ vann -varmepumper undersøkt og forsøkt utbedret.Dette er gjort ved å analysere datasett benyttet i [14], samt utvikle og validere modifiserte varianter av Gordon-Ng-Schild modellen, som tar hensyn til fysiske forhold som er antatt å forbedre presisjonen til beregningsmodellen. Den praktiske betydningen av oppgaven vil potensielt være at TEK-sjekk får en dynamisk varmepumpemodell også for væske/vann -varmepumper, noe som vil forbedre simuleringsverktøyet. Dette kan være av betydelig samfunnsnytte, mtp. gjennomføring av lønnsomhetsberegninger, optimalisering av energitiltak, beregning opp mot krav gitt i forskrifter (TEK17) og standarder, samt energimerking. Ved nominelle laster ble det observert at Gordon-Ng-Schild modellen ga tilstrekkelig god beregningspresisjon ved beregning av COP for luft/luft, luft/vann og væske/vann -varmepumper, med filtrerte datasett, antatt å bestå av faktiske målepunkter. På grunnlag av dette konkluderes det med at modellen ikke genererer systematiske feil, og at den trygt kan benyttes som dynamisk modell for beregning av COP ved nominelle laster, også for væske/vann -varmepumper. Gitt nominelle laster konkluderes det med at beregningspresisjonen til Gordon-Ng-Schild modellen forbedres for samtlige varmepumpekategorier når den interne entropiproduksjonen behandles som en variabel, som øker i størrelsesorden ved økt temperaturdifferansemellom fordamper og kondensator. Det konkluderes derfor også med at det har lyktes med å finne en forbedret varmepumpemodell for væske/vann varmepumper, som for nominelle laster har dokumentert tilfredsstillende ytelse. Det gjøres oppmerksom på at modellen bør gjennomgå ytterligere testing ved dellast. Det konkluderes med at både varmepumpemodell beskrevet i SN-NSPEK:3031:2020 og Gordon-Ng-Schild modeller med og uten variabel intern entropiproduksjon, alle har beregningspresisjon som tilfredstiller krav til måleusikkerhet for varmekapasitet gitt i NS-EN 14511-3 [35], ved nominelle laster. Det påpekes dog at Gordon-Ng-Schild variantenes egenskap til å presist beregne COP med kun ett oppgitt driftspunkt, uten behov for lagring av datatabeller med veiledende ytelser, gjør modellen meget godt egnet for implementering i energisimuleringsverktøy.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8993

Summary: This work reports a proper orthogonal decomposition (POD)-interpolation based prediction of indoor airflows related to displacement ventilation. Steady-state computational fluid dynamics (CFD) solution snapshots with varying relevant non-dimensional number are used to estimate the dominant POD coefficients/modal amplitudes and POD modes. A cubic spline interpolation of the POD coefficients is used to compute the solution for desired value of the non-dimensional number of interest. The verification and validation of this data-driven procedure is performed considering a 2D mixed convection problem involving a horizontal channel with cavity heated from below for a range of Richardson numbers. CFD solutions for a standard displacement ventilation configuration is then used to decompose the flow field variables in terms of Archimedes number dependent POD coefficients and associated space dependent POD bases. A detailed analysis of the CFD and POD-interpolated predicted flow-field variables for displacement ventilation cases, error estimates and the spatial structures of the POD modes are presented.
Norsk sammendrag: Dette arbeidet rapporterer en korrekt ortogonal dekomposisjon (POD)-interpolasjonsbasert prediksjon av innendørs luftstrømmer relatert til fortrengningsventilasjon. Steady-state beregningsbaserte fluiddynamikk (CFD)-løsningsøyeblikksbilder med varierende relevante ikke-dimensjonale tall brukes til å estimere de dominerende POD-koeffisientene/modale amplituder og POD-moduser. En kubisk spline-interpolasjon av POD-koeffisientene brukes til å beregne løsningen for ønsket verdi av det ikke-dimensjonale tallet av interesse. Verifiseringen og valideringen av denne datadrevne prosedyren utføres med tanke på et 2D blandet konveksjonsproblem som involverer en horisontal kanal med hulrom oppvarmet nedenfra for et område av Richardson-tall. CFD løsninger for en standard fortrengningsventilasjonskonfigurasjon brukes deretter til å dekomponere strømningsfeltvariablene i form av Arkimedes-tallsavhengige POD-koeffisienter og tilhørende romavhengige POD-baser. En detaljert analyse av CFD- og POD-interpolerte predikerte strømningsfeltvariabler for fortrengningsventilasjonstilfeller, feilestimater og de romlige strukturene til POD-modusene presenteres.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Marius Lysebo).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8990

Summary: As a consequence of an increased focus on reducing energy consumption in buildings, the requirements for building construction and technical installations have become stricter. This has resulted in improved buildings where the heating load has been reduced. However, due to new requirements associated with present and future building, current design practice based on old norms, can lead to oversized heating systems. Erichsen & Horgen has focused on the problem regarding oversized heating systems for several years. They have developed a calculation method that has been tested by some projects. The aim of this thesis is to identify variations related to dimensioning of heating systems. In addition, the aim in to identify weaknesses in the methods that contribute to inaccurate estimations of heating load. Variations associated with current practice are identified through interviews with advisors and professionals. Furthermore, various dimensioning methods have been evaluated through an examination of heating load in a fictitious office building, using stationary and dynamic calculation methods. In order to evaluate different calculation methods, the results are compared to a gold standard, i.e. a most accurate simulation. The interview results show that there are variations in the practice of dimensioning heating installations. The main differences relate to how advisors take use and operation into consideration. In addition, whether advisors use stationary or dynamic calculations vary. The calculation results show that today’s calculation method, based on stationary conditions, gives an inaccurate estimate of power requirements. This is because the method does not take into account thermal mass in combination with variations in outdoor temperature, solar gains, internal gains, and demand controlled airflow supply. Dynamic calculation is therefore a better suited method. Due to several weaknesses uncovered in SIMIEN, IDA ICE is a better suited simulation tool for calculating design heat load. The examination of Erichsen & Horgen’s calculation method shows that the method estimates heat load that correspond well with the simulated heat load using gold standard. This indicates that the method may be well suited for solving the issue regarding oversized heating systems. Therefore, the method can be a good alternative to dynamic calculations.
Norsk sammendrag: Som en konsekvens av økt fokus på å redusere energiforbruk i bygninger har kravene til bygningskropp og tekniske anlegg blitt strengere. Dette har resultert i betydelig forbedrede bygninger, hvor effektbehov til oppvarming har blitt lavere. På grunn av nye forutsetninger tilknyttet dagens og fremtidens bygninger kan gjeldende dimensjoneringspraksis med gamle normer derfor føre til overdimensjonering av varmeinstallasjoner. Erichsen & Horgen er en aktør som har fokusert på problemet med feildimensjonering i flere år. De har utviklet en beregningsmetode som er testet ut ved enkelte prosjekter. Målet med denne oppgaven er å kartlegge variasjoner tilknyttet dimensjonering av installasjoner i varmesentral, samt å avdekke svakheter ved metodene som bidrar til unøyaktig anslag av bygningers effektbehov. Variasjoner tilknyttet dagens praksis er kartlagt gjennom intervjuer av rådgivere og fagpersoner. Ulike dimensjoneringsmetoder er evaluert ved undersøkelse av effektbehov i en fiktiv kontorbygning med bruk av stasjonære og dynamiske beregningsmetoder. For å kunne vurdere de ulike beregningsmetodene er resultatene sammenlignet opp mot en gullstandard, det vil si en mest mulig korrekt simulering. Intervjuresultatene viser at det er variasjoner i hvordan dimensjonering av varmeinstallasjoner foregår i praksis. De største forskjellene omhandler hvordan rådgivere hensyntar bruk og drift. I tillegg er det varierende om rådgivere benytter stasjonære eller dynamiske beregninger. Beregningsresultatene viser at dagens beregningsmetode, basert på stasjonære forhold, gir unøyaktig anslag av effektbehov. Dette fordi metoden ikke tar hensyn til termisk masse i kombinasjon med variasjoner i utetemperatur, soltilskudd, internlaster og behovsstyrte ventilasjonsluftmengder. Dynamisk beregning er derfor en bedre egnet metode. Dette forutsetter imidlertid at rådgivere innehar god kompetanse og forståelse av simuleringsverktøyene. På grunn av flere svakheter avdekket ved SIMIEN, er IDA ICE et bedre egnet simuleringsverktøy for beregning av dimensjonerende effektbehov. Undersøkelse av Erichsen & Horgens beregningsmetode viser at metoden anslår effektbehov som samsvarer godt med simulert effektbehov etter gullstandard. Dette indikerer at metoden kan være godt egnet for å løse problematikken med overdimensjonerte varmeanlegg. Derfor kan metoden være et godt alternativ til dynamiske beregninger.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK (OsloMet).
Acknowledgements: OsloMet (Peter Schild).

Summary: This thesis, concerning “A case study of the thermal impact of thermal mass in residential buildings in cold climates” main objective was to assess the energy savings and other benefits by using thermal mass in buildings, where specific objectives to achieve the main objective were:
• Perform a state-of-the art review of research timber assessment in cold climates • Develop a robust method for the assessment based on the previous findings. • Assess the energy performances of the thermal mass in residential buildings based on intermittent heating during the day and comparing it to constant heating.
The state-of-the-art review performed indicated that few researches had been done on assessing thermal mass exposed to intermittent heating in cold climates. However, in the review many researches gave reason to believe that possible benefits could be had by using timber or solid wood instead of concrete in cold climates. Benefits such as:
• Energy saving potential. • Increased thermal comfort. • Lower production primary energy costs.
Based upon the state-of-the art review findings, a theoretical experiment method was developed for assessing thermal mass in IDA ICE. An intermittent heating schedule was applied to further address the impact of intermittent heating on thermal mass in cold climates. The results in the analyses of thermal masses in this thesis indicated that the solid wood model (MW) performed best when considering energy consumption under both intermittent heating and constant heating, implying that solid wood should be further assessed as a material more commonly applied in cold climates, especially when intermittent heating is used. However, when considering thermal comfort, concrete is the superior material, being able to maintain stable temperatures and preventing overheating to a higher extent. More research should be done to further assess how intermittent heating affects the overall thermal comfort when occupants are present.
Norsk sammendrag: Denne avhandlingen, omhandler «En casestudie av den termiske effekten av termisk masse i boligbygg i kalde klimaer». Hovedmålet var å vurdere energibesparelser og andre fordeler ved bruk av termisk masse i bygninger, der spesifikke mål for å oppnå hovedmålet var:
• Utføre en toppmoderne gjennomgang av forskningsvurdering av trevirke i kalde klimaer • Utvikle en robust metode for vurderingen basert på tidligere funn. • Vurdere energiytelsen til den termiske massen i boligbygg basert på periodisk oppvarming på dagtid og sammenligne den med konstant oppvarming.
Den toppmoderne gjennomgangen indikerte at det var gjort få undersøkelser på vurdering av termisk masse utsatt for periodisk oppvarming i kalde klimaer. Imidlertid ga mange undersøkelser i gjennomgangen grunn til å tro at mulige fordeler kunne oppnås ved å bruke tre eller heltre i stedet for betong i kalde klimaer. Fordeler som:
• Energibesparelsespotensial. • Økt termisk komfort. • Lavere primærenergikostnader for produksjon.
Basert på funnene fra den toppmoderne gjennomgangen ble det utviklet en teoretisk eksperimentell metode for å vurdere termisk masse i IDA ICE. En periodisk oppvarmingsplan ble brukt for å ytterligere undersøke effekten av periodisk oppvarming på termisk masse i kalde klimaer. Resultatene i analysene av termiske masser i denne avhandlingen indikerte at massivtremodellen (MW) presterte best når man vurderte energiforbruket under både periodisk oppvarming og konstant oppvarming, noe som innebærer at massivtre bør vurderes ytterligere som et materiale som er mer vanlig brukt i kalde klimaer, spesielt når periodisk oppvarming brukes. Når man vurderer termisk komfort, er imidlertid betong det overlegne materialet, da det kan opprettholde stabile temperaturer og forhindre overoppheting i større grad. Mer forskning bør gjøres for å vurdere hvordan periodisk oppvarming påvirker den generelle termiske komforten når det er beboere til stede.
Supervisor(s): Alex Gonzalez CACERES (OsloMet).

Summary: Ground-source heat pumps (GSHP) are used to provid heating and cooling for buildings. Proper energy calculations are important for these installations to function well. The design process is often done using commercial software such as IDA ICE and EED. This assignment will study Pygfunction and MODFLOW/SEAWAT, which are open source software and can be downloaded by anyone, free of charge online. This thesis studies previous research where the software are used and performs some example calculations using the program codes. An evaluation will be based on user friendliness and utility value. The data codes prove to be able to solve many problems related to modeling and dimensioning of GSHP. Among other things, Pygfunction can be used to estimate the temperature of the workingfluid in the well and MODFLOW / SEAWAT can be used to investigate how boreholes affect the surrounding ground. To understand the operations and processes the codes do, good programming skills and thermodynamics knowledge are required. The number of variables that can be adjusted are almost infinite. This will result in a significant reduction in usability, compared to more commercial software, such as EED and IDA ICE. On the other hand, such software open the way for tremendous flexibility and new design possibilities. The codes give full control over the various processes the program performs, and both parameters and processes can be freely adjusted as desired. The open source codes are well suited for research on the processes that take place in GSHPs. Although pygfunction does not yet have the ability to include the influence of groundwater flow, the code is flexible and could be extended to include this as well as other functionalities. For engineers without programming skills, commercial programs may be a better option.
Norsk sammendrag: Energibrønner brukes til oppvarming og kjøling av boliger. Riktige energiberegninger er viktig for at et slikt anlegg skal fungere optimalt. Dimensjoneringsprosessen forgår ofte ved bruk av kommersielle programvarer som IDA ICE og EED. Denne oppgaven vil studere Pygfunction og MODFLOW/SEAWAT, som er åpne kildekoder og kan dermed lastes ned av hvem som helst, kostnadsfritt på nett. Oppgaven vil studere tidligere forskning der kodene brukes og utfører enkelte eksempelberegninger ved hjelp av programkodene. Det blir fortatt en evaluering basert på blant annet brukervennlighet og nytteverdi. Datakodene viser seg å kunne løse mange problemstillinger knyttet til modellering og dermed dimensjonering av energibrønner. Pygfunction kan blant annet brukes til å estimerte temperaturen på arbeidsvæsken i brønnen og MODFLOW/ SEAWAT kan brukes til å undersøke hvordan grunnvannet blir påvirker borehull. For å forstå operasjonene og prosessene kodene utfører, kreves det gode ferdigheter innen programmering og termodynamikk. Antall variabler som kan justeres er nesten uendelig. Dette vil medføre en betraktelig reduksjon i brukervennlighet, sammenlignet med mer kommersielle programvarer som EED og IDA ICE. På den andre siden, åpner slike kodesett mulighetene for enorm fleksibilitet og nye dimensjoneringsmuligheter. Kodene gir full kontroll på de ulike prosessene programmet utfører, og både parametere og prosesser kan justeres fritt etter eget ønske. De åpne kildekodene er godt egnet til forskning rundt prosessene som skjer i energibrønner. Selv om Pygfunction ikke enda kan kalkulere påvirkningen av grunnvannstrømninger, er koden fleksibel og kan i realiteten utvides til å inkludere denne strømningen og samt andre funksjonaliteter. For ingeniører uten programeringsferdigheter er de kommersielle programmene muligens et bedre alternativ.
Supervisor(s): Rebecca ALLEN (OsloMet).
Acknowledgements: Polytechnique Montréal (Massimo Cimmino); Armatec (Kristoffer Kjølberg).